动态信号处理一二三章.ppt

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1、目录和参考书,第一章 信号的基本概念 第二章 信号检测和传感器技术 第三章连续信号的离散化和采样定理第四章频谱分析第五章数字滤波 第六章细化选带频谱分析 第七章其它常用的动态信号处理方法及其应用 第八章发动机扭转振动的信号处理方法及其应用 第九章汽车平顺性测试分析,目录和参考书,参考课本:动态信号分析与处理(电子版讲义)丁 康 参考书:快速傅立叶变换 E.O.布赖姆著工程测试与信息处理 卢文祥 杜润生机械工程测试、信息、信号分析 卢文祥 杜润生 数字信号处理 全子一 信号与系统(先学)郑君里 数字信号处理 宗孔德等 工程信号处理技术 雷继尧等,Back,信号信号的分类信号的获取信号的描述工程信

2、号处理系统的基本组成和功能系统和系统分析方法 作业,第一章 信号的基本概念,Back,信号,一、测试、信息、信号测试：具有试验性质的测量 试验：对未知事物的探索认识过程 测量：确定被测对象的量值进行的实验过程信息：消息、情报或知识，事物运动状态或方式 物质固有、客观存在或运动状态的特征信号：传输信息的载体 是物理性的、是物质、具有能量获取知识，需要借助信号的传播,信号,信号：传递物理系统状态或信息的函数 随时间、空间变化 一维、二维、多维 单值、多值电信号：一般指随时间而变化的电压或电流，也可以是电容的电荷，线圈的磁通以及空间的电磁波等等。对于原始信号是非电量的物理量，如声波、机械振动的位移、

3、速度和加速度、应力、力矩等，也往往把其转换为电信号以便传输和处理。,特点：单值，一维，时间的函数，动态（与频率有关，非恒值）,二、信号测试和处理系统的一般构成 传感器、信号调理、记录存储、信号处理、显示打印输出,信号,三、动态信号分析的发展动态信号分析发展的三个阶段 时域分析-频域分析-时频分析信号处理方法的改进与新信号处理方法 频谱校正理论的发展 时频分析的各种分析方法多参量测量系统的开发计算机辅助测试分析系统的广泛开发和应用,信号分析与处理的三个阶段,时域分析,频域分析,时频分析,单频率谐波信号分析,自由衰减振动信号分析,两谐波信号叠加的情况分析,多自由度衰减振动信号分析,幅值、频率调制同

4、时存在的STFT,幅值调制信号Wigner-Ville分布,Back,动态信号和静态信号确定性信号和随机信号能量信号和功率信号模拟信号和数字信号,信号的分类,Back,动态信号和静态信号,动态信号：幅值随时间变化的信号，动态信号一般涉及到频率、幅值和相位等因素，可分为确定性信号和随机信号。静态信号：幅值不随时间变化的信号，静态信号一般是恒值。有时我们把幅值随时间变化非常缓慢的信号(例如温度、压力等)称为准稳态信号，准稳态信号变化的频率非常低。,Back,确定性信号和随机信号,动态信号分类,确定性信号,随机信号,周期信号,非周期信号,非平稳随机信号,平稳随机信号,准周期信号,瞬态信号,各态历经信

5、号,非各态历经信号,Back,确定性信号,若信号被表示为一确定的时间函数x(t)=f(t)，对于指定的某一时刻t，可确定一相应的函数值 x(t)，这种信号称为确定性信号或规则信号。其实质是可以用确定的数学关系来描述，例如，我们熟知的正弦、方波和三角波等信号。确定性信号可分为周期信号和非周期信号。,Back,周期信号,周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号，周期信号包含有单频率简谐信号和复杂周期信号。满足条件：机械系统中，回转体不平衡、不对中等引起的振动，齿轮的啮合引起的振动，往往是一种周期振动。,周期信号,单频率周期信号曲线 多频率周期信号曲线,Back,非周期信号,非周期信号在时间上不具有

6、周而复始的特性。当 T 趋于无穷大时，周期信号变成非周期信号。非周期信号又分为准周期信号和瞬变非周期信号。,Back,准周期信号,准周期信号：周期与非周期的边缘情况，是由有限个周期而又不成公倍数的信号混合产生的信号。有时人们把存在有规律的冲击衰减信号，但不存在严格的等式关系的信号也称为准周期信号，例如，机械系统中齿轮断齿、滚动轴承疲劳剥落产生的振动信号、浇灌大型桥梁钢筋混凝土结构时用以增加密实性的多台激振器不同步引起的振动信号都是这类信号。,Back,瞬态信号,瞬态信号：对于爆炸、弹击、地震等出现的能量急速释放；电视、雷达、通讯中的突发脉冲信号；机械振动中的冲击引起的自由衰减信号都是瞬态信号。

7、旋转机械升降速过程，机床喘振等信号也是瞬态信号。,Back,随机信号,随机信号：不能用精确的数学表达关系式描述的信号，任何时间t的幅值、频率和相位是不可事先预知。随机信号包含有平稳随机信号和非平稳随机信号。,Back,平稳随机信号,平稳随机信号：任意时间 t的幅值、频率和相位虽然事先不可预知，但具有统计规律，可以用统计规律进行分析。,Back,非平稳随机信号没有统计特征。,非平稳随机信号,Back,如果任何一个时间样本的统计特征都能代表整个时间历程，这种信号是各态历经随机信号。,各态历经随机信号,Back,任何一个时间样本的统计特征都不能代表整个随机过程的统计特征，这种信号是非各态历经信号。,

8、非各态历经随机信号,Back,能量信号和功率信号,能量信号：在分析区间(-，)，能量为有限的信号称为能量信号。满足条件：矩形脉冲在区间(t1，t2)内，减幅正弦波在区间(0，)内，衰减指数在区间(0，)内都是能量信号,能量信号和功率信号,功率信号：在分析区间(-，)能量不是有限值，信号具有无限大能量，在这种情况下，研究信号的平均功率更有意义。功率信号满足条件：在区间(t1,t2)内，信号的平均功率为：,显然，一个能量信号具有零平均功率，而一个功率信号具有无限大能量。,Back,模拟信号和数字信号,模拟信号：在连续时间范围内所定义的信号，而信号的幅值可以取连续范围内任意数值，即时间连续，幅值也连

9、续的信号称为模拟信号。这种信号在数学上表示为连续变量的函数，此类信号也称连续时间信号。数字信号：在时间上和幅值上都是经过量化的信号。数字信号总是可以用一系列的数来表示，而每一个数又是由有限位数码来表示。离散时间信号就是一类典型的数字信号。,Back,信号拾取系统要特别注意下面两个问题：1.拾取信号不失真：不失真是保证信号处理能得到正确结果的先决条件。不失真一般是指拾取的信号在指定的频率范围内，幅值具有合适的动态量程，既不能太小使信噪比过低，也不能太大超过量程，相位不因测试系统而发生变化与原始信号不一致。2.一般情况下把物理量转变为电量处理，最好以模拟或数字电压信号为最终形式，这样有利于后续的信

10、号处理。,信 号 的 获 取,信 号 的 获 取,观测对象,传感器与二次仪表,监测仪器,磁带记录仪,信号分析仪,计算机,打印机x-y记录仪,A/D,Back,信 号 的 描 述,信号的时域描述：以时间为独立变量的信号，其幅值随时间变化的关系。不能明显揭示信号 的频率组成关系。周期方波的时域描述,信 号 的 描 述,信号的频域描述：用各频率成分的幅值和 相位来描述信号。通过频谱分析进行。周期方波应用傅立叶级数展开有：,信 号 的 描 述,周期方波的描述,信 号 的 描 述,信号的时频域描述：对频率变化的瞬变信号，用不同时刻的频谱构成三维谱图来描述信号。,信 号 的 描 述,Back,工程信号处理

11、系统的基本组成和功能,信号预处理,信号采集,数字信号处理器,显示记录,信号,X(t),数据,信息,工程信号处理系统的基本组成图,解调器输入放大器或衰减器抗混滤波器隔直装置,1.预处理：预处理是在数字信号处理之前，对信号用模拟方法进行处理，目的是把信号变换成适合于数字处理的形式，以减轻数字处理的困难。预处理部分主要包括以下几种设备：,采样保持电路时基信号发生器触发系统控制器,3.数字信号处理器：整个系统的核心，完成规定 的各种分析与计算。4.显示结果打印。,Back,2.信号采集：将预处理以后的模拟信号变为数字信号，其核心是模/数（A/D）转换器，还包含下列以个部分：,系统和系统分析方法,系统的

12、概念常用系统分析方法其他系统分析方法,Back,系统的概念,系统与信号之间密切相关。从信息的获取、变换、传输和提取的角度，来处理信号分析和信号通过线性系统和内容，将信号分析与系统理论有机地结合在一起。,系统的概念,输 入,系统特性,输出,“系统”一词原义是“同类事物按一定关系组合的整体”。这里定义为：由若干个相互作用、相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体，称为系统。系统具有三个要素:,系统的概念,根据不同的标准，系统可以大致分为以下几种类型：,连续时间系统与离散时间系统线性系统与非线性系统时变系统与非时变系统,Back,连续时间系统与离散时间系统,系统输入和输出都是连续时间信号，则称为连

13、续时间系统。数学模型可用微分方程表示。系统输入和输出都是离散时间信号，则称为离散时间系统。数学模型可用差分方程表示。实质上一般实际的物理系统都是连续时间系统，但在采用计算机解系统问题，处理分析信号都要把其离散化，从而使连续系统转变为离散时间系统。,Back,线性系统与非线性系统,时不变线性系统：输入x(t)和输出y(t)之间的关系可用常系数微分方程来描述,线性系统具有叠加性、齐次性、频率保持性,叠加 性,齐次性,X(t),y(t),N.x(t),N.y(t),系统对输入导数的响应等于对输入响 应的导数,如系统的初始状态均为零，系统对输入积分导数的响应等同于对输入响应的积分,频率保持性,输入为某

14、一频率的简谐波，输出必是同一频率的简谐信号 证明：,y(t)的唯一解,0,Back,时变系统和非时变系统,如果系统的参数不随时间而变化，则是时不变系统，如旋转机械稳态工况时。反之系统的参数随时间变化，则是时变系统。如旋转机械升降速过程，机床喘振等。,Back,常用系统分析方法,时域分析法频域分析法其它变换域分析法,设x(t)是系统的输入，y(t)是系统的输出，对于线性系统具有下列两个关系表达式：,(1).时域：,h(t)线性系统的脉冲响应函数,（2）.频域:,H(),线性系统的传递函数(频响函数),常用系统分析方法,已知微分方程求传递函数的方法：,函数 对应的傅氏变换,不论对于系统输入、还是输

15、出，上述关系式都成立。多自由度线性系统存在有独立的n个微分方程，具有1个输入和n个输出，按上面的原理先对方程左右同时进行傅氏变换，变成含有1个输入傅氏变换和n个输出傅立叶变换的n个线性方程，消去中间项输出傅立叶变换，可得出任一输出和输入的传递函数H()。,常用系统分析方法,常用系统分析方法,如图示系统：,单自由度振动系统微分方程为：,对方程两端进行傅氏变换有：,显然传递函数一般为复数,常用系统分析方法,Back,其他系统分析方法,除了上述两种系统分析方法以外，还有拉氏变换，Z变换等系统分析方法。由于篇幅原因这里不再介绍，请参考有关文献。,、,。,Back,作业：求解图的两自由度振动系统的传递函

16、数,Back,第二章 信号检测和传感技术,信号检测：将各种机械量或其它物理量(例如振动加速度、速度、位移、压力和温度等)通过传感器转化为电量，经放大、滤波等前处理变成可以进行分析的模拟或数字电信号的过程。目的：供各种仪器进行信号处理分析，找出信号的特征。测试系统就是用来进行信号检测的，即可以理解为单有一个装置组成的简单系统，也可以理解为有多个装置组成的复杂系统。如由传感器、二次仪表和记录仪组成的测试系统。,Back,测试系统的组成测试装置的静态特性测试装置的动态特性动态信号检测不失真的条件常用振动传感器和二次仪表传感器的选用原则记录分析装置,第二章 检测和传感技术,Back,测试系统的组成,典

17、型的测试装置常由试验装置、测量装置、数据处理装置三部分组成1.试验装置:使被测对象处于人们预期状态的装置，其目的在于充分暴露测试对象的内在联系以便进行有效测量。2.测量装置:是用以将被测的各种机械量或其它物理量变换成观察者直接感觉到的测量信号的各种测量仪器和辅助装置的总称。一般是将各种机械量和物理量转化为电量，并经放大，滤波等处理后转化为数字量进行处理。3.数据处理装置:测试装置的延续部分，对测试装置的输出信号进行进一步的处理，以提供所需的更加明确的数据和资料。,随机信号发生器产生有限带宽的随机信号，经功率放大器放大，输入电动激振器，转化为激振力作用于汽车的车身和车架。激振力信号由力传感器拾取

18、，车身和车架上各点的振动响应信号由压电式加速度传感器拾取，经电荷放大器转换放大为电压信号记录在磁带机上，然后送入到HP5423A结构动态分析仪或DAS动态信号分析与故障诊断系统进行模态分析，分析结果由绘图仪或打印机输出。,测试系统的组成,车车身架,激振器,电荷放大器,电荷放大器,功率放大器,随机信号发生器,磁带记录仪,接口,DAS模态分析系统,打印机,加速度计,力传感器,稳态激振模态实验分析测试装置框图,Back,测量装置各部分的主要用途：传感器：将被测物理量转变成电信号，如电压、电流、电荷或磁通量等。二次仪表：必要的变换，放大、传输、运算、分析等。指示器或记录仪：指示或记录信号。图中的测试部

19、分的力传感器和压电式加速度传感器就是将振动力和加速度转换为电荷量，电荷放大器将电荷量转换放大为电压信号，磁带机将电压信号以模拟信号的方式记录。,测试系统的组成,Back,测试装置的静态特性,测试装置的静态特性：主要以灵敏度、非线性度和回程误差为表征。既可以是传感器本身的，也可是测试装置作为一个系统来考虑，这样的系统误差较小。(1)灵敏度：特性曲线的斜率,B,A,x输入,y输出,位移0.01mm变化，电压2V变化，这时S=2/0.01=200V/mm,装置灵敏度越高，测量范围越窄，稳定性越差,测试装置的静态特性,B,A,x输入,y输出,定标曲线与拟合直线的最大偏差B与A的比值：非线性度=,（2）

20、非线性度：装置的输出、输入间是否能象理想装置那样保持常值比例关系的一种度量。,测试装置的静态特性,（3）回程误差（滞后或变差）：输入量由小变大输入量由大变小,同一输入对应两个输出，其间的最大差值为回程误差。,x,为回程误差,y,Back,测试装置的动态特性,数字信号处理一般需要对测试的信号进行动态分析，测试装置除了静态特性之外，还要考虑动态特性。动态特性：*传递函数（频率响应函数）*瞬态响应特性,测试装置的动态特性,传递函数(稳态)：指各种频率成分下的输入与输出的幅值比和相位差，理想的传递特性是感兴趣的频率范围内幅值比为1，无相位差或相位差线性变化。测量系统的传递特性如图：,1,f,H(f),

21、f,测试装置的动态特性,2.瞬态响应：如果要测量爆炸等过程非常暂短的瞬态冲击响应过程，由于测量时间很短，就要非常注意测量系统的瞬态特性。瞬态特性一般以反应时间(tr)、峰值时间(tp)、稳定时间(ts)和超调量来度量(见图）,t,x(t),1.0,0.9,允许误差0.02 或 0.05,反应时间 峰值时间稳定时间 超调量,Back,动态信号检测不失真的条件,在测量的频率段范围内幅值成线性比例关系，相位差为常数或随频率线性变化。,检测后的动态信号为：,设真实动态信号为：,其中 为常数，为常数或随频率线性变化（为常数),动态信号检测不失真的条件包含了三个要素：频率段范围，幅值成线性比例关系和相位差

22、为常数或随频率线性变化。,动态信号检测不失真的条件,Back,常用振动传感器和二次仪表,电涡流式相对位移测量传感器压电式振动加速度测量传感器及其二次仪表 磁电式速度传感器,Back,常用的振动传感器及二次仪表,常用振动传感器,1.电涡流式相对位移测量传感器 电涡流传感器由于是非接触测量，频率响应范围宽，灵敏度高，测量范围大，抗干扰能力强，结构简单的特点，广泛使用于汽轮发电机组、水轮发电机组、化工设备等大型旋转机械滑动轴承振动位移的测量，在国内外受到广泛重视和应用。,电涡流传感器的工作原理是基于电涡流效应。把一块导磁导电的金属板放置在线圈附近，当线圈通过交变电流I1时，产生磁埸，磁通量为1。此交

23、变磁通通过邻近的金属板时，产生闭合的电涡流I2，此电涡流也将产生交变磁通2，其方向与1相反，抵消部分主磁通，从而使激磁线圈的等效阻抗、等效电感和等效阻抗发生变化，变化程度与距离在一定范围内近似线性关系。,常用振动传感器,常用阻抗变换器为其二次仪器，将信号进一步放大，频响范围相当宽，达0-10KHz。下图是典型的电涡流传感器的灵敏度校验曲线。,Back,常用振动传感器,2.压电式加速度传感器 压电式传感器的突出特点是灵敏度高，自振频率高，具有很好的高频响应特性，体积小，重量轻，因此广泛的用于测量力、压力、加速度等 某些物质，如石英、钛酸钡等，当受到外力作用下，不仅发生变形，而且内部极化，表面上产

24、生电荷，形成电埸。当外力去掉后，又重新回到原来的不带电状态，这种现象称为压电效应。利用压电效应可以制作加速度传感器。,在压电晶体的两个工作表面进行金属蒸镀，形成金属膜，构成两个电极。当晶体受到外作用时，在两个极板上积聚数量相等，而极性相反的电荷，形成电埸，所以压电传感器可以看作是一个电荷发生器，其电荷量为q电荷量(C)，D压电常数(C/N)，F作用力(N)显然，电荷量与作用力或加速度成正比关系,常用振动传感器,压电式加速度传感器多配置电荷放大器为二次仪表，一般具有转换、放大、滤波和积分器四项功能。频率响应范围很宽，一般达0.1Hz20kHz，其上限有时可达50KHz,Back,3.磁电式速度传

25、感器 在永久磁铁产生的直线磁埸内，放置一个可动线圈，当线圈在磁埸中作直线运动时，它所产生的感生电动势为式中：B磁埸的磁感应强度(T)W线圈匝数 l单匝线圈有效长度(m)v线圈与磁埸的相对运动速度(m/s)线圈运动方向与磁埸方向的夹角,当 时:当W、B、l均为常数时，感应电动势的大小与线圈运动速度成正比，这就是一般动圈式速度传感器的工作原理。这种传感器配置的二次仪表为电压放大器，将感应电动势放大至可以分析的范围，其传感器的频率响应范围多在10Hz-1000Hz，若传感器做的很大，其下限频率可达1.5Hz。,Back,传感器的选用原则,1.灵敏度适当 一般情况下，传感器的灵敏度越高越好，因为灵敏度

26、高，意味着传感器所能测试的信号的变化量可以很小。既使测量微小的变化，传感器都有较大的输出量。灵敏度越高时，与测量信号无关的外界噪声也容易混入，并会同时以相同倍数放大。因此，必须考虑既要能检测微小量值，又要噪声小，为了保证此点，往往要求传感器信噪比愈大愈好，即要求传感器本身噪声小，且又不易从外界引进干扰噪声。与灵敏度紧密相关的是量程范围。当输入量增大时，除非有专门的非线性校正措施，传感器不应进入非线性区域，更不能进入饱和区域。,传感器的选用原则,某些测试工作要在有较强的噪声干扰下进行，这样对传感器来讲，其输入量不仅包括被测量，也包括干扰量，因此，要考虑到两者的叠加不能进入非线性区域。过高的灵敏度

27、会影响其适用的测量范围，大大增加制造成本。只要能满足测试精度的要求，选择合适的灵敏度，具有较好的经济性。,传感器的选用原则,2.量程合适 测试系统测量上下限的代数差称量程，有时也可称为幅值测量动态范围。量程既不能过大，使信噪比过低；也不能过小，达不到测量要求。一般选择使测量物理量的最大值为满量程的80为好。,3.响应特性满足动态测试的要求 传感器的响应特性必须在所测频率范围内保持不失真，即幅频为1，相频为零或直线。此外，实际传感器的响应总有一定的迟延，希望迟延时间越短越好。利用光电效应、压电效应等类型的传感器，响应时间小，工作频率范围宽。结构型传感器，如电感、电容、电磁感应型传感器等，由于受到

28、结构特性的影响，以及系统惯性质量的限制，它们只能用于低频范围。在动态测量中，传感器的频率响应特性对测试结果有直接影响，在选用时，应充分考虑到被测物理量的变化特点(如稳态、瞬变、随机等)。,传感器的选用原则,4.线性度要好，工作在线性段 任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。然而，任何传感器都不容易保证其绝对的线性，在某些情况下，在许可限度内，也可以在其近似线性区域内应用。例如，变间隙型的电容、电感传感器，均采用在初始间隙附近的近似线性区内工作。选用时必须考虑被测物理量的变化范围，使其非线性误差在允许范围以内。,传感器的选用原则

29、,5.稳定性好稳定性表示了传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响的主要因素是时间与环境。理想的传感器应不随时间变化(时漂)，不随温度变化(温漂)，工作可靠，测量重复性好。为了保证其稳定性，在选定传感器之前，应对使用环境进行调查，以选择较合适的传感器类型。在机械工程中，有些机械系统或自动化加工过程，往往要求传感器能长期使用而不需经常更换或校准。在这种情况下，对传感器稳定性有严格的要求。例如，用于监测大型旋转机械轴振动位移的电涡流传感器等，往往是在比较恶劣的环境下工作的，其尘埃、油剂、温度、振动等干扰是很严重的。这时传感器的选用，必须优先考虑稳定性因素。,6.精确度合适传感器的精

30、确度表示传感器的输出与被测量的对应程度。传感器是测试系统的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量值，对整个测试系统具有直接的影响。然而，也并非要求传感器的精确度愈高愈好，因为还要考虑到经济性。传感器精确度愈高，价格越昂贵，因此应从实际出发来选用。,传感器的选用原则,首先，应了解测试的目的，判定是定性分析，还是定量分析。如果属于比较性的试验研究，由于只需用到相对比较值，那么应要求传感器的重复度要高，而无需要求高精度的绝对量值，因此可选择低精度的传感器，而超精密切削机床，由于其运动部件的定位精度、主轴回转运动误差、振动及热变形等，要求测量精度在0.10.01um范围内。要测量这样的量值，必须具有

31、高精确度的传感器。,传感器的选用原则,Back,记录分析装置,1.记录装置：常用的记录装置有光线示波器、X-Y记录仪、磁带机和数据采集器等。磁带机：以记录模拟信号为特点，记录的数据量大，能反复回放，是理想的记录设备。但国产磁带机质量不过关，推荐使用日本TEAC MR-30便携式磁带机，体积小，重量轻，携带方便，记录数据多且长，但缺点是价格昂贵，约需人民币10万元。,记录分析装置,数采器：一般数采器多以内存记录数据，由于容量有限，所以采集的数字量长度有限，很难进行大量数据的处理。特别在设备精密诊断中必须采用带硬盘的数采器，以便采集较长的数据用以灵活进行各种离线分析。离线分析时分析频率可变，并带有

32、高速数字滤波避免频率混淆，国内唯有我们研制的DASC 动态信号分析与故障诊断系统具有这种离线分析功能。,2.分析装置：主要用于对采集或记录的信号进行各种数据处理，如频谱分析、模态分析和统计分析等，是工程信号处理的核心。振动分析中最常用的有二大类频谱分析系统(1)专用频谱分析仪：日本小野测器公司的CF-910/940、CF-355，美国惠普公司的HP3562、HP5423、HP3565，美国科学谱动力公司的SD-375、SD-380Z、SD-385Z，美国本特律内华达公司的ADRE、DDM旋转机械故障诊断系统是这类代表。其特点是结构全部硬件化，速度快，精度高；缺点是价格昂贵，黑箱结构不易更新换代

33、。,(2)计算机辅助测试分析系统：以通用微机为主体，加上一部分自行设计的接口和外设，自行开发各种数据处理软件包，构成所谓的虚拟仪器。其特点是速度快、精度高、功能全、更新方便，特别是采用便携微机后，很方便带到现场测试。这类系统以我们研制的DASC动态信号分析与故障诊断系统、南京汽轮机厂研制的CRAS随机振动及模态分析系统和西安交通大学研制的旋转机械故障诊断系统为代表。,记录分析装置,Back,第三章 连续信号的离散化与采样定理,连续信号的离散化,量化误差与动态范围,采样定理与频率混淆,时频域的转换关系,概 述,采样的触发方式和条件,Back,振动信号或其它物理信号一般经传感器和二次仪表转化放大后

34、是连续变化的模拟量信号。而大量要计算机处理的是离散的时间系列。因此，一切数字计算机在处理模拟信号之前要经过数据采集，即将模拟量转化为数字量，也称为A/D变换。,概 述,连续信号的离散化,量化即将模拟量经过A/D转换变成数字量的过程。A/D板的质量主要取决于两个指标：速度与精度。12bit的A/D板将模拟信号某一瞬时的采样值用12位二进制数表示.在双极性方式下，12bit中1个bit用于表示正负，满量程为5V，则任一模拟量总对应211=2048种状态,两种状态间间隔5V/2048=2.5mV其一半就是量化误差.动态范围:,量化误差与动态范围,采样定理与频率混淆,采样定理与频率混淆,实际产生混频折

35、叠方式：第一、三、五等奇次折叠以fs为对称轴产生折叠。第二、四、六等偶次折叠以零频率为对称轴产生折叠。,实际的滤波器（虚线）如下图：,消除频率混淆的方法有两种:一种方法是提高采样频率,第二种方法是在进行采样之前用模拟式低通滤波器抗混滤波器进行低通滤波。,时频域的转换关系,采样的触发方式和条件,采样的触发条件决定了信号采集的初始相位和初始点有自由触发、内触发、外触发和外部电平触发四种方式其中内触发和外触发有时又叫通道触发。,自由触发方式采样,设置一个键，按此键就开始采样，采集的点数到达设定值就停止采样，对信号采集的初始相位和初始点没有要求，是随机的。大多数稳态信号测量中，如果对初始相位没有要求，

36、都采用这种触发方式。,内触发方式采样,设置一个键，按此键后，当采样通道满足设置的条件就开始采样，采集的点数到达设定值就停止采样。内触发的条件有4个要素：,触发通道必须是信号采集通道(单通道采样)或信号采集的起始通道(多通道采样)要设置采样电平的大小(可正可负)触发方式(上升或下降沿)延迟点数(可正可负),内触发方式采样,内触发方式采样对信号采集的初始相位和初始点有要求，不是随机的。在稳态信号测量中，如果对初始相位有要求，都采用这种触发方式。在对冲击信号或由冲击产生的自由衰减响应信号测量中，一般都采用这种触发方式，此时要延迟点数的正确设置决定了是否能采集到这种瞬态信号的全过程。,内触发方式采样的

37、几种形式,设置合适的参数，利用内触发方式采样完整自由衰减响应信号,外触发方式采样,触发通道 设置采样电平的大小(可正可负)触发方式(上升或下降沿)延迟点数(可正可负),设置一个键，按此键后，当触发通道满足设置的条件开始采样，采集的点数到达设定值就停止采样。外触发的条件也有4个要素：,外触发方式采样对信号采集的初始相位和初始点有要，不是随机的。在稳态信号测量中，如果对初始相位有求都采用这种触发方式。在对冲击信号或由冲击产生的自由衰减响应信号测量中，一般都采用这种触发式，此时要延迟点数的正确设置决定了是否能采集到这种瞬态信号的全过程。,外部电平触发方式采样,设置采样电平的高低(高电平、低电平)触发

38、方式(上升或下降沿),设置一个键，按此键后，当外部硬件触发装置满足设置的条件就开始采样，采集的点数到达设定值就停止采样。外部电平触发的条件只有2个要素：,外部电平触发采样的几种形式,外部电平触发方式采样对信号采集的初始相位和初始点有要求，不是随机的，在旋转机械动平衡等保相(采样的初始相位对应于轴的某一个固定位置)测量中，都采用这种触发方式。,外部电平触发和终止方式采样,设置采样电平的高低(高电平、低电平)触发方式(上升或下降沿)和周期数,设置一个键，按此键后，当外部硬件触发装置满足设置的条件就开始采样，当外部硬件触发装置满足设置的结束条件时停止采样，采集的点数不是固定的。外部电平触发和终止方式采样方式的触发的条件有3个要素：,外部电平触发和终止方式的几种形式,外部电平触发方式采样对信号采集的初始相位、初始点、结束相位和结束点都有要求，在旋转机械动平衡等保相(采样的初始相位对应于轴的某一个固定位置)并要求整周期测量中，采用这种触发方式。,