[工学]13-第十三章-数据采集与振动信号处理课件.ppt
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- 工学 13 第十三 数据 采集 振动 信号 处理 课件
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1、振动理论与测试技术48学时讲课教师 殷祥超殷祥超中国矿业大学力学与工程科学系力学与工程科学系二一年二月目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理工程中的振动信号:工程中的振动信号: 周期信号,周期信号, 非周期信号,非周期信号,随机信号,随机信号, 瞬态信号。瞬态信号。 模模 拟拟 信信 号号抗混淆滤波器抗混淆滤波器数数 据据 采采 样样数数 字字 滤滤 波波 预预 处处 理理 时域分析时域分析 频域分析频域分析各种时域方法处
2、理各种时域方法处理各种频域方法处理各种频域方法处理模模 态态 分分 析析 结构动力修改结构动力修改优优 化化 设设 计计打印结构绘制曲线打印结构绘制曲线目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理13-1 数据采样数据采样采样:采样: 连续的模拟信号变换为离散的数字信号。连续的模拟信号变换为离散的数字信号。t采样时间间隔采样时间间隔)(tx连续的时间信号连续的时间信号A/D转换转换)(tnx离散的时间序列离散的时间序列tfs1采
3、样频率采样频率设连续信号设连续信号 x(t) ,频谱频谱 X(f) , 以时间间隔以时间间隔 采样,采样,t得到离散信号为得到离散信号为 ,)(tnx如果满足下列条件:如果满足下列条件:时,当mff 0)(fXmft21或或msftf21则连续函数:则连续函数:ntnttntttnxttx)()(sin)()(唯一确定。唯一确定。, 2, 1, 0nmf截止频率截止频率截断频率截断频率采样定理采样定理目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采
4、集与振动信号处理频率混淆现象:频率混淆现象:高频信号高频信号低频信号低频信号频率混淆现象的图示频率混淆现象的图示msff2msff2减小频率混淆的方法:减小频率混淆的方法:1、提高采样频率。、提高采样频率。(减小采样时间间隔)(减小采样时间间隔)msftf21ft1采样点数为采样点数为 N 频域采样点数为频域采样点数为 N/2 频率分辨率:频率分辨率:tNNfNffsm12/2、采用抗混淆滤波器。、采用抗混淆滤波器。采样频率采样频率 fs=500Hzf=100Hzf=400Hzf=900Hz目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数
5、据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理msff2 时时, 无频率混淆无频率混淆目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理msff2 时时, 产生频率混淆产生频率混淆目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采
6、集与振动信号处理量化: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: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 。量化单位量化单位 :bq 2量化误差量化误差 :)(ne截尾法:截尾法: 舍入法: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。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 q最大量化误差为最大量化误差为 2qbbne2)(2bbne221)(221量化误差都归入信号所附的噪声中。量化误差都归入信号所附的噪声中。 目录 上页 下页
7、返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理随机振动数字分析随机振动数字分析傅立叶变换傅立叶变换 dtetxfXfti2)(21)(实际处理时,采用实际处理时,采用 222)(21)(TTftiTdtetxfX相当于用一个高为相当于用一个高为1、长度为、长度为T 的矩形时间窗函数乘以原函数的矩形时间窗函数乘以原函数 )(tx丢失了时间窗函数之外的信息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;时域的截断导致频域内附加一些
8、频率分量; 使分析的结果产生畸变使分析的结果产生畸变 , 称之为称之为“泄漏泄漏”。 目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理减少泄漏:选取不同类型的时间窗函数。减少泄漏:选取不同类型的时间窗函数。 海宁窗(海宁窗(
9、Hanning) 海明窗(海明窗(hamming) 三角窗三角窗 余弦坡度窗余弦坡度窗 指数窗指数窗 高斯窗高斯窗 1、窗函数的主瓣宽度尽可能小;、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;、主瓣高度与旁瓣高度之比尽可能大; 3、旁瓣的衰减快;、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。、在条件允许的情况下,窗函数的时间历程应尽量长。 目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理13
10、-2 振动信号的预处理振动信号的预处理一、定标一、定标将量化的数字单位转换为合适的工程物理单位。将量化的数字单位转换为合适的工程物理单位。二、剔点处理二、剔点处理三、零均值处理三、零均值处理剔除异常的虚假值、虚假的采样点。剔除异常的虚假值、虚假的采样点。采样数据:采样数据:), 2 , 1(Nnxn采样长度:采样长度:tNT均值:均值:NnnxNx11零均值处理后:零均值处理后:), 2 , 1(Nnxxunn0u四、消除趋势项四、消除趋势项最小二乘法最小二乘法阶跃定标阶跃定标正弦定标正弦定标目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理
11、数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理13-3 存在着一定的统计规律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。用随机振动现象的统计特性进行描述。 平稳随机振动平稳随机振动 非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。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数计算得到的时间平均统计
12、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。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。目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与
13、振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理随机振动过程是时间的函数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:理论上: 无限长时间记录来描述一个随机振动的过程。无限长时间记录来描述一个随机振动的过程。实际中:实际中: 只能得到一个有限长时间的记录或数据。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;过
14、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,选取有一定时间长度的记录作为样本函数,并以其统计特性去表征动,选取有一定时间长度的记录作为样本函数,并以其统计特性去表征整个随机振动过程的统计特性。整个随机振动过程的统计特性。 称为称为“样本样本”或或“样本函数样本函数”。 幅值域(幅域)幅值域(幅域)时间域(时域)时间域(时域)频率域(频域)频率域(频域) 得到信号的各种幅值(峰值、有效值和平均值)得到信号的各种幅值(峰值、有效值和平均值)得到信号的时间滞后、相位滞后和相位关系得到信号的时间滞后、相位
15、滞后和相位关系得到各种频谱值和频率分布关系。得到各种频谱值和频率分布关系。 目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理幅值域(幅域)幅值域(幅域)时间域(时域)时间域(时域)频率域(频域)频率域(频域) 得到均值、均方值、方差、概率分布函数、概率密度函数。得到均值、均方值、方差、概率分布函数、概率密度函数。得到自功率谱密度函数(自谱)、互功率谱密度函数得到自功率谱密度函数(自谱)、互功率谱密度函数(互谱)、相干函数、传递函数或
16、频率响应函数。(互谱)、相干函数、传递函数或频率响应函数。 得到自相关函数、互相关函数。得到自相关函数、互相关函数。 幅值域(幅域)幅值域(幅域)时间域(时域)时间域(时域)频率域(频域)频率域(频域) 得到信号的各种幅值(峰值、有效值和平均值)。得到信号的各种幅值(峰值、有效值和平均值)。得到信号的时间滞后、相位滞后和相位关系。得到信号的时间滞后、相位滞后和相位关系。得到各种频谱值和频率分布关系。得到各种频谱值和频率分布关系。 目录 上页 下页 返回 结束 第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章第十三章 数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处理数据采集与振动信号处
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