現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)ppt課件

第一節(jié)相關(guān)分析及其應(yīng)用第二節(jié)功率譜分析及其應(yīng)用第三節(jié)模擬信號(hào)數(shù)字化處理第四節(jié)頻譜分析的應(yīng)用,第3章測(cè)試信號(hào)分析與處理,第一節(jié)相關(guān)分析及其應(yīng)用,一、相關(guān)與相關(guān)系數(shù),當(dāng)兩個(gè)隨機(jī)變量之間具有某種關(guān)系時(shí)，隨著某一個(gè)變量數(shù)值的確定，另一變量卻可能取許多不同值，但取值有一定的概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這時(shí)稱兩個(gè)隨機(jī)變量存在著相關(guān)關(guān)系。,a)變量x和變量y之間是無(wú)關(guān)的,b)變量x和變量y之間有相關(guān)關(guān)系,所以,相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值愈接近1，變量x和y的線性相關(guān)程度愈高。相關(guān)系數(shù)接近于零，則可認(rèn)為變量x、y之間完全無(wú)關(guān)。,自相關(guān)函數(shù)：同一過(guò)程不同時(shí)刻的相互依賴關(guān)系，描述隨機(jī)信號(hào)x(t)在任意兩個(gè)不同時(shí)刻t1和t2的取值之間的相關(guān)程度。,互相關(guān)函數(shù)：不同過(guò)程在某一時(shí)刻的相互依賴關(guān)系，描述隨機(jī)信號(hào)x(t)，y(t)在任意兩個(gè)不同時(shí)刻t1和t2的取值之間的相關(guān)程度。,自相關(guān)函數(shù)的工程應(yīng)用,1）區(qū)別信號(hào)類型,2）檢測(cè)混雜在隨機(jī)信號(hào)中的周期成分。,例某一機(jī)械加工表面粗糙度波形的自相關(guān)分析。,a）表面粗糙度b）自相關(guān)函數(shù),自相關(guān)圖呈現(xiàn)出周期性，表明造成表面粗糙度的原因中包含有某種周期因素。,互相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用,1）互相關(guān)函數(shù)的計(jì)算要用到時(shí)間延時(shí)信息，因而可用來(lái)測(cè)量有時(shí)間延時(shí)信息的物理量(如速度、距離、流量等)，而構(gòu)成相關(guān)流量計(jì)，這是一種先進(jìn)的流速、流量測(cè)量方法。,2）對(duì)信號(hào)中的隨機(jī)干擾噪聲有極強(qiáng)的抑制能力?；谙嚓P(guān)原理可以將混疊在噪聲中的微弱有用信號(hào)提取出來(lái)，或者說(shuō)將噪聲從信號(hào)中分離出去（相關(guān)濾波器）。,測(cè)定熱軋鋼帶運(yùn)動(dòng)速度,鋼帶表面的反射光經(jīng)透鏡聚焦在相距為d的兩個(gè)光電池上。反射光強(qiáng)度的波動(dòng)，經(jīng)過(guò)光電池轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再進(jìn)行相關(guān)處理。當(dāng)可調(diào)延時(shí)等于鋼帶上某點(diǎn)在兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間經(jīng)過(guò)所需的時(shí)間d時(shí)，互相關(guān)函數(shù)為最大值。則鋼帶的運(yùn)動(dòng)速度為,確定埋在地下輸油管裂損位置,漏損處K視為向兩側(cè)傳播聲響的聲源，在兩側(cè)管道上分別放置傳感器1和2，因?yàn)榉艂鞲衅鞯膬牲c(diǎn)距漏損處不等遠(yuǎn)，則漏油的音響傳至兩傳感器就有時(shí)差，在互相關(guān)圖上=m處互相關(guān)函數(shù)有最大值，這個(gè)m就是時(shí)差。由m就可確定漏損處的位置：,s兩傳感器的中點(diǎn)至漏損處的距離v音響通過(guò)管道的傳播速度,第三節(jié)模擬信號(hào)數(shù)字化處理,信號(hào)處理的目的：,1）分離信、噪，提高信噪比；2）從信號(hào)中提取有用的特征信號(hào)；3）修正測(cè)試系統(tǒng)的某些誤差。,模擬信號(hào)處理系統(tǒng)由一系列能實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)算的電路，如模擬濾波器、乘法器、微分放大器等環(huán)節(jié)組成。,數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)可以在通用計(jì)算機(jī)上借助程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用專用信號(hào)處理機(jī)來(lái)完成。數(shù)字信號(hào)處理機(jī)具有穩(wěn)定、靈活、快速、高效、應(yīng)用范圍廣、設(shè)備體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在各行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。,一、數(shù)字信號(hào)處理的基本步驟,信號(hào)的預(yù)處理是把信號(hào)變成適于數(shù)字處理的形式，以減輕數(shù)字處理的困難。預(yù)處理包括：,1）電壓幅值調(diào)理，將模擬信號(hào)的幅值進(jìn)行衰減或者放大，一符合采集系統(tǒng)輸入信號(hào)量程的要求，以便充分利用AD轉(zhuǎn)換器的精確度。,2）抗混濾波，按照被測(cè)有用信號(hào)的最高頻率進(jìn)行低通濾波，以提高信噪比，并濾去信號(hào)中的高頻噪聲。,3）隔離信號(hào)中的直流分量。,4）如原信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制，則應(yīng)先行解調(diào)。,模-數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換是模擬信號(hào)經(jīng)采樣、量化并轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制的過(guò)程。,數(shù)字信號(hào)處理器或計(jì)算機(jī)對(duì)離散的時(shí)間序列進(jìn)行運(yùn)算處理。,數(shù)字序列截?cái)啵哟昂瘮?shù)）剔除奇異點(diǎn)數(shù)字濾波進(jìn)行各種分析,運(yùn)算結(jié)果可以直接顯示或打印。若后接DA，還可得到模擬信號(hào)。如有需要可將數(shù)字信號(hào)處理結(jié)果送入后接計(jì)算機(jī)或通過(guò)專門程序再做后續(xù)處理。,二、時(shí)域采樣及采樣定理,采樣函數(shù),模擬信號(hào),采樣,量化,采樣所得的離散信號(hào)的電壓幅值，若用二進(jìn)制數(shù)碼組來(lái)表示，就使離散信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，這一過(guò)程稱為量化。量化一般是由A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,量化過(guò)程的量化誤差與采集過(guò)程中寄存器的位數(shù)和采集卡的最大輸入幅值有關(guān)系。,量化誤差,三、量化和量化誤差,降低量化誤差的措施,1）提高A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)即可降低量化誤差。但AD轉(zhuǎn)換器位數(shù)選擇應(yīng)視信號(hào)的具體情況和量化的精度要求而定，要考慮位數(shù)增多后，成本顯著增加，轉(zhuǎn)換速率下降的影響。,2）實(shí)際上，和信號(hào)獲取、處理的其他誤差相比，量化誤差通常不大，所以一般可忽略其影響。,四、截?cái)唷⑿孤┖痛昂瘮?shù),1.信號(hào)的截?cái)?、能量泄漏及窗函?shù)截?cái)嗑褪菍⑿盘?hào)乘以時(shí)域的有限寬矩形窗函數(shù)。,由于W(f)是一個(gè)無(wú)限帶寬的sinc函數(shù)，所以即使x(t)是帶限信號(hào)，在截?cái)嗪笠脖厝怀蔀闊o(wú)限帶寬的信號(hào)，這種信號(hào)的能量在頻率軸分布擴(kuò)展的現(xiàn)象稱為泄漏。截?cái)嗪笮盘?hào)帶寬變?yōu)闊o(wú)限帶寬，因此無(wú)論采樣頻率多高，信號(hào)總是不可避免地出現(xiàn)混疊，故信號(hào)截?cái)啾厝粚?dǎo)致一些誤差。降低泄漏的的方法為增大窗的寬度和選擇較好的窗函數(shù)。選擇合適的窗函數(shù)來(lái)對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行加權(quán)處理。幾種常見(jiàn)的窗函數(shù)：矩形窗、三角窗、漢寧窗,2.4頻譜分析的應(yīng)用設(shè)備故障診斷,在機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)中，針對(duì)不同的情況，存在不同的信號(hào)分析方法，而頻域分析更是發(fā)揮至關(guān)重要的作用。一般說(shuō)來(lái)，頻譜分析是故障診斷的關(guān)鍵。頻域分析法主要是對(duì)信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定信號(hào)是由那些頻率成分所組成，以及這些頻率成分幅值的大小。通過(guò)對(duì)“故障特征頻率”及“故障特征頻率幅值”的分析，就可以準(zhǔn)確地對(duì)設(shè)備的故障情況進(jìn)行診斷。,在分析頻譜圖時(shí)應(yīng)抓住重點(diǎn)，忽略次要因素，以確定故障類型，找出設(shè)備存在的問(wèn)題。在分析振動(dòng)譜圖時(shí)，有兩條原則：（1）頻率形態(tài)（大小及其變化等）代表故障類型；（2）幅值代表故障劣化程度。,頻譜分析主要用于識(shí)別信號(hào)中的周期分量，是信號(hào)分析中最常用的一種手段。,案例：在齒輪箱故障診斷通過(guò)齒輪箱振動(dòng)信號(hào)頻譜分析，確定最大頻率分量，然后根據(jù)機(jī)床齒輪轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)鏈，找出故障,案例：螺旋漿設(shè)計(jì)可以通過(guò)頻譜分析確定螺旋漿的固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速，確定螺旋漿轉(zhuǎn)速工作范圍。,轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械常見(jiàn)故障的頻率特征,強(qiáng)迫振動(dòng)類故障,自激振動(dòng)類故障,R:轉(zhuǎn)動(dòng)頻率,例1不平衡故障,泵、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)使用一段時(shí)間后，由于磨擦、積灰等原因，使轉(zhuǎn)子質(zhì)心改變，出現(xiàn)不平衡（電動(dòng)機(jī)由于潤(rùn)滑脂過(guò)量也會(huì)引起不平衡）。不平衡的特點(diǎn)是：1、振動(dòng)頻率單一，振動(dòng)方向以徑向?yàn)橹?。在工頻（亦稱轉(zhuǎn)頻）（1X）處有一最大峰值，（轉(zhuǎn)子若為懸臂支承，將有軸相分量）；2、在一階臨界轉(zhuǎn)速內(nèi)振幅隨轉(zhuǎn)速的升高而增大；3、譜圖中一般不含工頻（1X）的高次諧波（2X、3X）。,一臺(tái)射流泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在工頻（1800rmin）處幅值最大，達(dá)1.5m（圖5-1）。3個(gè)月后再測(cè)量，同一處的最大峰值已是2.83m（圖5-2），達(dá)到泵安全運(yùn)行的報(bào)警值。拆機(jī)修理發(fā)現(xiàn)一異物纏繞在葉輪上，改變了質(zhì)心。除異物，工頻處幅值僅為0.97m（圖5-3），振幅明顯減小，泵運(yùn)行正常。,例2不對(duì)中及軸彎曲,就旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言，70-75的振動(dòng)是不對(duì)中引起的。不對(duì)中有兩種：平行不對(duì)中和角度不對(duì)中。平行不對(duì)中徑向振動(dòng)比較突出，角度不對(duì)中軸向振動(dòng)更突出、兩者在機(jī)器端部或聯(lián)軸器兩邊都有180的相位差。不對(duì)中振動(dòng)的特點(diǎn)：1在2X處有大的能量分布；2隨著不對(duì)中程度的增加，產(chǎn)生很大的軸向振動(dòng)分量；3在聯(lián)軸器的兩邊振動(dòng)的相位關(guān)系是18030；4在2X處的幅值大于1