振動(dòng)測試數(shù)據(jù)處理方法的應(yīng)用分析

【摘 要】采用電測法對產(chǎn)品進(jìn)行振動(dòng)的加速度測量，通過FFT方法進(jìn)行時(shí)域—頻域的轉(zhuǎn)換，運(yùn)用加速度與位移之間積分的關(guān)系，將加速度值轉(zhuǎn)換為位移值，試驗(yàn)證明該方法行之有效。

【關(guān)鍵詞】振動(dòng)測量；FFT；位移轉(zhuǎn)換

0.緒論

根據(jù)要求需對產(chǎn)品進(jìn)行整機(jī)振動(dòng)測量，準(zhǔn)確掌握改產(chǎn)品的振動(dòng)狀態(tài)和振動(dòng)特征。本文詳細(xì)闡述了振動(dòng)測試及信號(hào)分析技術(shù)，介紹了一種用加速度傳感器測量振動(dòng)位移信號(hào)的方法。即采用FFT方法進(jìn)行加速度與位移相互轉(zhuǎn)換的方法，將加速度譜轉(zhuǎn)換成位移譜，以達(dá)到對位移的測量。

1.振動(dòng)測試系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與組成

機(jī)械振動(dòng)參數(shù)可以用電測法、機(jī)械法、光學(xué)法等進(jìn)行振動(dòng)測量。目前電測法應(yīng)用廣泛，電測法是將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)電子線路放大后顯示和記錄。它與機(jī)械式和光學(xué)式的測量方法比較，有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有較寬的頻帶。

（2）具有較高的靈敏度和分辨率。

（3）具有較大的動(dòng)態(tài)范圍。

（4）振動(dòng)傳感器可以做得很小，以減小傳感器對試驗(yàn)對象的附加影響，還可以做成非接觸式的測量系統(tǒng)。

（5）可以根據(jù)被測參量的不同來選擇不同的振動(dòng)傳感器。

不同測量方法的物理性質(zhì)雖然各不相同，但是組成的測量系統(tǒng)基本相同，它們都包含傳感器、測量放大電路和顯示記錄三個(gè)環(huán)節(jié)。電測法測量系統(tǒng)圖見圖1所示。

機(jī)械振動(dòng)參數(shù)的測量，是對運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行測量和分析，以期獲得振動(dòng)體的振動(dòng)強(qiáng)度——振級(jí)和有關(guān)信息。因?yàn)檎駝?dòng)體上某一點(diǎn)的振動(dòng)可以用振動(dòng)位移、速度或加速度對時(shí)間的歷程來描述，而且三者之間存在著簡單的微分和積分的關(guān)系，因此，只要測得其中的一個(gè)，就可以通過未分、積分電路獲得另外兩個(gè)參數(shù)。

2.振動(dòng)測試系統(tǒng)組成

振動(dòng)測量主要依靠傳感器，通過振動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再應(yīng)用振動(dòng)采集處理系統(tǒng)采集電壓信號(hào)。振動(dòng)測試系統(tǒng)框圖見圖2

采用的傳感器是內(nèi)置集成電路的壓電傳感器。與前置放大器的壓電傳感器相比，它可以克服靈敏度受電纜分布電容的影響、產(chǎn)生電纜噪聲缺點(diǎn)。

3.振動(dòng)數(shù)據(jù)采集與分析處理

3.1 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)測試和分析軟件采用和采集系統(tǒng)相配合的軟件。振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號(hào)，對采集信號(hào)進(jìn)行功率譜分析。

3.2 采樣頻率

根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣頻率至少應(yīng)大于信號(hào)中最高頻率分量的2倍波形不失真。在實(shí)際試驗(yàn)中，為避免頻率混疊現(xiàn)象，采樣頻率選擇信號(hào)最高頻率分量的5倍。

3.3 數(shù)據(jù)分析處理

對采集到的原始信號(hào)，我們從直觀上可以了解一部分信息，但這部分信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足振動(dòng)分析及解決問題的需要，大部分我們所需要的信息不能從原始信號(hào)上直接獲得，必須做進(jìn)一步加工和處理，通過分析處理找出最有代表性的信息。由于采集信號(hào)的特性不同，要解決的工程問題也不盡相同，因此，數(shù)據(jù)的分析處理方法也不同。歸納起來，可以在時(shí)域、頻域、幅值域內(nèi)分別對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。而且這三域之間是可以互相轉(zhuǎn)換的。

3.4誤差分析

頻域積分誤差相對時(shí)域積分誤差會(huì)小很多，但會(huì)出現(xiàn)相位誤差的問題，如果我們側(cè)重考慮振動(dòng)的幅值，而對相位不那么關(guān)注的話，頻域積分可以說不失為一種不錯(cuò)的方法。

4.結(jié)束語

FFT方法是一種有效的加速度、速度與位移的相互轉(zhuǎn)換方法，它克服了時(shí)域積分的弊端和限制，可以在較寬的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換，測得精度較高的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

【參考文獻(xiàn)】

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