【2017年整理】振动测试所需的基础知识.doc

信号测试分析基础 机械振动：物体在其平衡位置附近的往复运动 振动的基本参数：位移D、速度v、加速度a 声源：产生声音的振动物体称作声源 声波：向前推进着的空气振动称作声波 声音传播的实质：声音传播是指物体振动形式的传播 物理量的测量：测试精度、可靠性、成本、方便性 物理量形式转换—传感器 传感器是一种把特定的被测信息量按照一定的规律转换成可用信号输出的器件和装置 敏感元件+转换电路=传感器 电阻应变式传感器——应变片：基于金属导体的应变效应；应变片测量电路——电桥：由于电阻的变化率非常小，需要电桥电路将这一变化输出 电涡流式传感器：通高频交流电流的线圈靠近金属导体时，金属导体表面产生感应电流（电涡流） 压电式传感器：如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷，当外力去掉时，又回到原来的状态，这种现象称为压电效应 电容式传感器：将被测物理量转换为电容变化的装置，它实质上是一个具有可变参数的电容器 振动测量传感器的选择： 选择传感器类型。如位移、速度、加速度 量程 结构条件，接触式非接触式 测试频率，精度 信号的预处理 信号调理 放大：可编程放大器 滤波：低通滤波、高通滤波 低通滤波一般由硬件和软件共同实现 数字采样 A/D转换——得到数字信号，便于处理与存储 信号检测与处理的流程 信号的时域波形分析是最常用的信号分析手段，常有信号的周期、频率、峰值、有效值、均值等。 任何时域信号都能分解为一组单频正弦信号之和 简单正弦波在FFT被表达为1点 一个任意的时域信号能被转换成FFT，得到频谱 题外话 90分贝以上不能超过10小时 数字信号处理基础 将传感器输入的电信号进行必要的预处理 信号采集与调理 IEPE（ICP）恒流源 2、电荷放大器 滤波：高通滤波、低通滤波 4、放大：程控放大器 采样是模拟信号的数字化 信号幅值离散化精度取决于ADC的位数 采样频率：单位是内的采样次数，单位Hz 在实际使用中，应根据信号的频宽，合理选择采样频率。过小会造成频率混叠，过大使频谱分辨率降低 抗混叠保护：在一个周期内至少采集2个点，或者说：采样频率是最高频率的2倍，才能保证精确的频率测量 理想抗混淆滤波器 实际抗混淆滤波器 触发：为采样设置条件，满足一定条件时开始采样。 量级：满足触发信号量值 触发方式：前置触发、后置触发 触发沿：上升沿、下降沿 N：帧大小 FFT关键参数：采样间隔 采样间隔 根据信号的最高频率，选择合适的采样频率 2048时域点数 有效谱线路800线（帧大小/2.56） 矩形信号的持续时间越长，他的频谱在频域所占的频带就越窄 名称 特点 应用 矩形窗 Rectangle 矩形窗使用最多，习惯上不加窗就是使信号通过了矩形窗。这种窗的优点是主瓣比较集中，缺点是旁瓣较高，并有负旁瓣，导致变换中带进了高频干扰和泄漏，甚至出现负谱现象。频率识别精度最高，幅值识别精度最低，所以矩形窗不是一个理想的窗。 如果仅要求精确读出主瓣频率，而不考虑幅值精度，则可选用矩形窗，例如测量物体的自振频率等，也可以用在阶次分析中。 汉宁窗 Hanning 又称升余弦窗。主瓣加宽并降低，旁瓣则显著减小，从减小泄漏观点出发，汉宁窗优于矩形窗．但汉宁窗主瓣加宽，相当于分析带宽加宽，频率分辨力下降。它与矩形窗相比，泄漏、波动都减小了,并且选择性也提高。 是很有用的窗函数。如果测试信号有多个频率分量，频谱表现的十分复杂，且测试的目的更多关注频率点而非能量的大小，需要选择汉宁窗。如果被测信号是随机或者未知的，选择汉宁窗。 海明窗 （汉明窗） Hamming 与汉宁窗都是余弦窗，又称改进的升余弦窗，只是加权系数不同，使旁瓣达到更小。但其旁瓣衰减速度比汉宁窗衰减速度慢。 与汉明窗类似，也是很有用的窗函数。 平顶窗 Flap Top 平顶窗在频域时的表现就象它的名称一样有非常小的通带波动。 由于在幅度上有较小的误差，所以这个窗可以用在校准上。 布莱克曼窗 Blackman 二阶升余弦窗，主瓣宽，旁瓣比较低，但等效噪声带宽比汉宁窗要大一点，波动却小一点。频率识别精度最低，但幅值识别精度最高，有更好的选择性。 常用来检测两个频率相近幅度不同的信号。 高斯窗 Gaussian 是一种指数窗。主瓣较宽，故而频率分辨力低；无负的旁瓣，第一旁瓣衰减达一55dB。常被用来截短一些非周期信号，如指数衰减信号等。 对于随时间按指数衰减的函数，可采用指数窗来提高信噪比。 三角窗 （费杰窗） Fejer 是幂窗的一次方形式。与矩形窗比较，主瓣宽约等于矩形窗的两倍，但旁瓣小，而且无负旁瓣。 如果分析窄带信号，且有较强的干扰噪声，则应选用旁瓣幅度小的窗函数，如汉宁窗、三角窗等； dB 参考声压，他是人耳刚刚可以听到声音的声压 声强是在垂直于声