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第十三章数据采集与振动信号处理 第十三章 数据采集与振动信号处理 §13-1 数据采样 频率混淆现象： 量化及其误差 泄漏与加窗 泄漏与加窗 泄漏与加窗 §13-2 振动信号的预处理 §13-3 随机振动信号的统计特征参数 随机振动过程是时间的函数 。 确定性信号的分析： 一、幅值域 4、概率密度函数 二、时域 二、时域 二、时域 2、互相关函数 2、互相关函数 2、互相关函数 三、频率域 三、频率域 2、互功率谱密度函数 2、互功率谱密度函数 3、相干函数 §13-4 最大熵谱分析（时间序列分析） §13-4 最大熵谱分析（时间序列分析） §13-4 最大熵谱分析（时间序列分析） * 目录 上页 下页 返回 结束 第十三章 数据采集与振动信号处理 * 振动理论与测试技术48学时讲课教师 殷祥超 中国矿业大学 力学与建筑工程学院 力学与工程科学系 二○一○年二月 工程中的振动信号： 周期信号， 非周期信号， 随机信号， 瞬态信号。 模 拟 信 号 抗混淆滤波器 数 据 采 样 数 字 滤 波 预 处 理 时域分析 频域分析 各种时域方法处理 各种频域方法处理 模 态 分 析 结构动力修改 优 化 设 计 打印结构绘制曲线 采样： 连续的模拟信号变换为离散的数字信号。 采样时间间隔 连续的时间信号 A/D转换 离散的时间序列 采样频率 设连续信号 x(t) ， 频谱 X(f) , 以时间间隔 采样， 得到离散信号为 ， 如果满足下列条件： 或 则连续函数： 唯一确定。 截止频率 截断频率 采样定理 高频信号 低频信号 频率混淆现象的图示 减小频率混淆的方法： 1、提高采样频率。 （减小采样时间间隔） 采样点数为 N 频域采样点数为 N/2 频率分辨率： 2、采用抗混淆滤波器。 采样频率 fs=500Hz f=100Hz f=400Hz f=900Hz 时, 无频率混淆 时, 产生频率混淆 量化：将采样得到的离散信号的幅值用最小位二进制数码的整数倍表示 。 量化单位 ： 量化误差 ： 截尾法： 舍入法： 将信号与量化电平相比的超出部分全部截去 。 将信号与量化电平相比的超出部分作四舍五入处理。 最大量化误差为 最大量化误差为 量化误差都归入信号所附的噪声中。 随机振动数字分析 傅立叶变换 实际处理时，采用 相当于用一个高为1、长度为T 的矩形时间窗函数乘以原函数 丢失了时间窗函数之外的信息 ； 时域的截断导致频域内附加一些频率分量； 使分析的结果产生畸变 ， 称之为“泄漏”。 泄漏 减少泄漏：选取不同类型的时间窗函数。 常用的窗函数： 海宁窗（Hanning） 海明窗（hamming） 三角窗 余弦坡度窗 指数窗 高斯窗 选择窗函数时注意： 1、窗函数的主瓣宽度尽可能小； 2、主瓣高度与旁瓣高度之比尽可能大； 3、旁瓣的衰减快； 4、在条件允许的情况下，窗函数的时间历程应尽量长。 一、定标 将量化的数字单位转换为合适的工程物理单位。 二、剔点处理 三、零均值处理 剔除异常的虚假值、虚假的采样点。 采样数据： 采样长度： 均值： 零均值处理后： 四、消除趋势项 最小二乘法 阶跃定标 正弦定标 随机振动是一种非确定性振动。 存在着一定的统计规律 ； 用随机振动现象的统计特性进行描述。 平稳随机振动 非平稳随机振动 平稳随机振动是指其统计特性不随时间而变化的振动情况。 各态历经的随机振动 ： 一个平稳随机振动，如果采取不同的样本函数计算得到的时间平均统计特性参数都对应相等，并且等于该随机振动系统由整体平均所求得的统计参数，即样本函数包含了整体系统各种状态所经历过的特征 。 在随机振动研究中，一般假定所研究的是平稳的各态历经的随机振动。 随机振动过程是时间的函数 。 一个随机振动过程是随机振动可能产生的全部样本函数的集合。 一个随机振动过程是随机振动可能产生的全部样本函数的集合。 理论上： 无限长时间记录来描述一个随机振动的过程。 实际中： 只能得到一个有限长时间的记录或数据。 各态历经的随机振动 ： 这个有限长时间的记录中包含有整个随机振动过程中的全部统计信息； 在随机振动研究中，首先必须确定该随机振动为各态历经的随机振动，选取有一定时间