振动信号的采集和预处理.pdf

振动信号的采集与预处理 几乎所有的物理现象都可看作是信号，但这里我们特指动态振动信号。 振动信号采集与一般性模拟信号采集虽有共同之处，但存在的差异更多，因此，在采集 振动信号时应注意以下几点： 1. 振动信号采集模式取决于机组当时的工作状态，如稳态、瞬态等； 2. 变转速运行设备的振动信号采集在有条件时应采取同步整周期采集； 3. 所有工作状态下振动信号采集均应符合采样定理。 对信号预处理具有特定要求是振动信号本身的特性所致。信号预处理的功能在一定程度 上说是影响后续信号分析的重要因素。预处理方法的选择也要注意以下条件： 1. 在涉及相位计算或显示时尽量不采用抗混滤波； 2. 在计算频谱时采用低通抗混滤波； 3. 在处理瞬态过程中1X 矢量、2X 矢量的快速处理时采用矢量滤波。 上述第3 条是保障瞬态过程符合采样定理的基本条件。在瞬态振动信号采集时，机组转 速变化率较高，若依靠采集动态信号（一般需要若干周期）通过后处理获得 1X 和2X 矢量 数据，除了效率低下以外，计算机（服务器）资源利用率也不高，且无法做到高分辨分析数 据。机组瞬态特征（以波德图、极坐标图和三维频谱图等型式表示）是固有的，当组成这些 图谱的数据间隔过大（分辨率过低）时，除许多微小的变化无法表达出来，也会得出误差很 大的分析结论，影响故障诊断的准确度。一般来说，三维频谱图要求数据的组数（△rpm 分 辨率）较少，太多了反而影响对图形的正确识别；但对前面两种分析图谱，则要求较高的分 辨率。目前公认的方式是每采集 10 组静态数据采集1 组动态数据，可很好地解决不同图谱 对数据分辨率的要求差异。 影响振动信号采集精度的因素包括采集方式、采样频率、量化精度三个因素，采样方式 不同，采集信号的精度不同，其中以同步整周期采集为最佳方式；采样频率受制于信号最高 频率；量化精度取决于A/D 转换的位数，一般采用12 位，部分系统采用 16 位甚至24 位。 振动信号的采样过程，严格来说应包含几个方面： 1. 信号适调 由于目前采用的数据采集系统是一种数字化系统，所采用的A/D 芯片对信号输入量程 有严格限制，为了保证信号转换具有较高的信噪比，信号进入 A/D 以前，均需进行信号适 调。适调包括大信号的衰减处理和弱信号的放大处理，或者对一些直流信号进行偏置处理， 使其满足A/D 输入量程要求。 2. A/D 转换 A/D 转换包括采样、量化和编码三个组成部分。 采样（抽样），是利用采样脉冲序列p (t)从模拟信号x(t) 中抽取一系列离散样值，使之成 为采样信号x(n△t) （n=0,1,2,… ）的过程。△t 称为采样间隔，其倒数称 1/△t ＝f s 之为采样频 率。 采样频率的选择必须符合采样定理要求。 由于计算机对数据位数进行了规定，采样信号x(n△t)经舍入的方法变为只有有限个有 效数字的数，这个过程称为量化。由于抽样间隔长度是固定的（对当前数据来说），当采样 信号落入某一小间隔内，经舍入方法而变为有限值时，则产生量化误差。如 8 位二进制为 28 ＝256 ，即量化增量为所测信号最大电压幅值的1/256。 编码是把采样数据转变为计算机能识别的数字格式。 一、采样定理 1. 采样定理 采样定理解决的问题是确定合理的采样间隔△t 以及合理的采样长度 T，保障采样所得的数字信号能真实地代表原来的连续信号x(t) 。 衡量采样速度高低的指标称为采样频率f s 。一般来说，采样频率f s 越高，采样点越密， 所获得的数字信号越逼近原信号。为了兼顾计算机存储量和计算工作量，一般保证信号不丢 失或歪曲原信号信息就可以满足实际需要了。这个基本要求就是所谓的采样定理，是由 Shannon 提出的，也称为Shannon 采样定理。 Shannon 采样定理规定了带限信号不丢失信息的最低采样频率为 f 2f 或 2 s m s m 式中f m 为原信号中最高频率成分的频率。 采集的数据量大小N 为 N T t 因此，当采样长度一定时，采样频率越高，采集的数据量就越大。 使用采样频率时有几个问题需要注意。一，正确