測試技術(shù)課程設(shè)計 對無縫鋼管超聲測厚儀的探討

1、機械工程測試技術(shù)課程設(shè)計對無縫鋼管超聲測厚儀的探討姓 名：學(xué) 院：專 業(yè)：班 級：學(xué) 號：完 成 日 期：目 錄1緒論2 信號仿真、采集與分析處理2.1題目2.2 Matlab處理分析2.3討論2.4結(jié)論3 基于計算機的聲信號采集與分析3.1題目3.2 Matlab處理分析3.3討論3.4結(jié)論4 機械運行數(shù)據(jù)分析與處理4.1題目4.2第一份數(shù)據(jù)分析 Matlab處理結(jié)論4.3第二份數(shù)據(jù)分析Matlab處理結(jié)論5 總結(jié)參考文獻動態(tài)測試信號采集仿真與實例分析摘要：測試技術(shù)的項目設(shè)計動態(tài)測試信號采集仿真與實例分析，圍繞課程講授的動態(tài)信號的采集、分析與處理的基本原理與方法進行，同時運用Matlab等工

2、具，進行數(shù)學(xué)處理，做出信號的頻譜，并能夠分析信號的頻譜。項目設(shè)計包括三個部分：信號仿真、采集與分析處理，基于計算機的聲信號采集與分析，機械運行數(shù)據(jù)分析與處理。通過項目設(shè)計，能熟練運用傅里葉變換處理和分析信號，對信號的頻譜能夠有一個更深的了解。關(guān)鍵詞：matlab；信號采樣；頻譜分析；fft1.1 信號仿真、采集與分析處理信號采集過程中一般需要考慮以下幾個參數(shù)：信號頻率、采樣頻率、采樣長度等，不同參數(shù)的數(shù)值設(shè)定對于信號采集的效果會產(chǎn)生直接影響，為了掌握信號采集過程中這些參數(shù)對采集過程及其效果產(chǎn)生的影響，可以通過Matlab或C語言對信號采集與分析處理的過程進行仿真分析，具體要求如下：利用Matl

3、ab或C語言產(chǎn)生信號x(t)，其中：f1=50Hz、 f2=200Hz、f3=1000Hz；n(t) 為白噪聲，均值為零，方差為0,7； 幅值、相位任意設(shè)定；對信號x(t)進行DFFT處理下:取=4，=,5,=6,=0;噪聲方差0.7Fs=3000HZ:N=1024程序：Fs=3000; %采樣頻率L=1024; %信號長度NFFT= 1024; %采樣點數(shù)T=1/Fs;t=(1:L)*T;n=(rand(1,L)-0.5)*sqrt(12*0.7); %均值為零，方差為0.7的白噪聲x=4*sin(2*pi*50*t)+5*sin(2*pi*200*t)+6*sin(2*pi*1000*t)

4、+n; %信號subplot(2,1,1);plot(Fs*t(1:1000),x(1:1000); %信號的時域圖X=fft(x,NFFT)/L; %對信號快速傅里葉變換f=Fs/2*linspace(0,1,NFFT/2+1);subplot(2,1,2);plot(f,2*abs(X(1:NFFT/2+1); %信號的單邊譜Fs=4000HZ:N=1024Fs=5000HZ;N=1024FS=5000HZ:N=2048=4，=,5,=6,=0;噪聲方差1Fs=5000;N=1024討論：1）通過設(shè)置不同的采樣頻率，畫出時域波形和傅里葉變換后的頻譜圖，討論在采樣點數(shù)一定的情況下，如 102

5、4 點，采樣頻率對信號時域復(fù)現(xiàn)、頻域分析的影響； 見圖1和圖2，采樣點數(shù)均為1024，采樣頻率分別為5000Hz和2500Hz，2500Hz時，各個譜線的值已經(jīng)達不到信號各個諧波分量的幅值，即已經(jīng)小于3,4,5了，只有3,4,4；而5000 Hz時，各個譜線的值非常接近3,4,5，頻率較高時，頻譜顯示的比較準(zhǔn)確，譜線能量泄露小，頻率分辨率越高。2）采樣頻率、采樣長度（采樣點數(shù)）與頻率分辨率的關(guān)系； 見圖2和圖3，采樣頻率均為2500Hz，采樣點數(shù)分別為1024和2048，前者各個譜線的值已經(jīng)達不到信號各個諧波分量的幅值，只有3,4,4；而后者各個譜線的值非常接近3,4,5，可見頻率一定時，采樣

6、點數(shù)越多，譜線能量泄露小，頻率分辨率越高。3）通過設(shè)置不同幅值的信號與噪聲，討論噪聲對信號時域分析和頻域分析的影響。噪聲的幅值越大，頻域分析時，信號的譜線越不明顯，當(dāng)噪聲信號的幅值比信號的幅值還要大的多時，噪聲會淹沒信號，頻域分析時，根本無法得到信號的譜線，（可以參照圖1，圖4，圖5）。而且，噪聲的幅值越大，時域越是混亂，越難分析，看不出周期性。結(jié)論1. 采樣頻率越高，采樣點數(shù)越多，頻率的分辨率越高，采樣頻率至少應(yīng)當(dāng)大于等于信號最高頻率的2倍。2. 噪聲的幅值越大，頻域分析時，信號的譜線越不明顯，時域越是混亂。采集信號時，必須控制噪聲的大小。1.2 基于計算機的聲信號采集與分析現(xiàn)代計算機具有對

7、聲音、視頻進行采樣的功能，把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。通過計算機上的麥克風(fēng)及聲卡與AD，錄制各人在不同環(huán)境噪聲、不同發(fā)聲狀態(tài)下講話“機械工程測試與控制技術(shù)”語句（不少于3次，最好是他人的聲音），利用軟件轉(zhuǎn)換語音數(shù)據(jù)文件為ASCII碼，然后利用1.1的軟件進行頻譜分析，畫出時域、頻域圖形。程序：fs=44100; %語音信號采樣頻率為22050x1=wavread('y.wav');%讀取語音信號的數(shù)據(jù)，賦給變量x1，sound(x1,44100); %播放語音信號figure(1)plot(x1);y1=fft(x1,1024); %對信號做1024點FFT變換f=fs*(0:5

8、11)/1024; %將0到511，步長為1的序列的值與fs相乘并除以1024的值，賦值給ffigure(2)plot(f,abs(y1(1:512); %abs是絕對值，plot是直角坐標(biāo)下線性刻度曲線title('原始語音信號頻譜')xlabel('Hz');ylabel('幅值')利用matlab對聲音分析得到:第一個人：第二個人：第三個人：討論：1）該設(shè)置至少為多少的采樣頻率？采樣長度多長為合適？ 采樣頻率可以設(shè)置為8000Hz，22050Hz，44100Hz，人耳能聽到的聲音頻率為20Hz到20000Hz，所以設(shè)置采樣頻率為44.1KH

9、z足夠，這也是正常音頻的采樣頻率。人講話的頻率大約在5003000Hz，所以設(shè)置采樣頻率為8000Hz足夠。由圖6，圖7，圖8可知，采樣長度應(yīng)為音頻信號長度的二分之一，太長，會是譜線的峰值降低（圖8），太短，顯示的譜線過少（圖6），二分之一左右正好（圖7），譜線比較明顯，特征譜線顯示的比較完整。2）不同人員講話聲音的時域、頻域有什么區(qū)別？根據(jù)你的分析，該怎樣區(qū)分不同人員的講話聲音？ 根據(jù)圖10，圖12，圖13，不同的人講話，時域波形的強度不同，但具體的不同之處無法分析。在頻域圖表現(xiàn)出來的是特征譜線的不同，說話聲音低沉的，整體的特征譜線偏低，如圖12，說話音調(diào)較高的，整體的特征譜線偏高，如圖13

10、,。辨別不同人的講話，關(guān)鍵是對其聲音進行頻譜分析，找到對應(yīng)的特征譜線，就能辨認(rèn)了。3）要使他人不易識別你的講話聲音，該怎么處理？改變自己的特征譜線就可以了，即所謂的用假聲。結(jié)論1. 每個人的聲帶都有自己的固定特征譜線，見圖10和圖11，讀兩個不同的音頻，也存在有公共的特征譜線，如讀“東南大學(xué)”和“機械工程”時，聲帶同時具有90.17Hz，226.1Hz，461.6Hz， 925.9Hz這些頻率。2. 音頻的采樣頻率可以設(shè)置為8000Hz，22050Hz，44100Hz，最高的采樣頻率為44.1KHz足夠，采樣長度最好為音頻信號長度的二分之一。3. 不同的人講話，在頻域圖表現(xiàn)出來的是特征譜線的不

11、同，說話聲音低沉的，整體的特征譜線偏低；說話音調(diào)較高的，整體的特征譜線偏高。辨別不同人的講話，關(guān)鍵是對其聲音進行頻譜分析，找到對應(yīng)的特征譜線，就能辨認(rèn)了。1.3 機械運行數(shù)據(jù)分析與處理某轉(zhuǎn)子試驗臺運行時的振動位移數(shù)據(jù)，利用軟件對其進行頻譜計算，得到其時域和頻域特征，分析機器振動原因：不平衡、不對中故障特征及其診斷方法。數(shù)據(jù)一：數(shù)據(jù)說明轉(zhuǎn)速：2234rpm；采樣長度：1024；傳感器：電渦流位移傳感器采樣點數(shù)：1024；轉(zhuǎn)動頻率37.23Hz；則采樣頻率為其頻率的64倍，取2383Hz原程序為：x=textread('D:Matlab1.txt'); %讀取txt數(shù)據(jù)Fs=238

12、3; %采樣頻率L=1024; %數(shù)據(jù)長度NFFT=1024; %采樣點數(shù)T=1/Fs;t=(1:L)*T;subplot(2,1,1);plot(Fs*t,x); %繪制時域圖X=fft(x,NFFT)/L; %進行快速傅里葉變換f=Fs/2*linspace(0,1,NFFT/2+1);subplot(2,1,2);plot(f,2*abs(X(1:NFFT/2+1); %繪制單邊譜對應(yīng)譜圖：數(shù)據(jù)二：數(shù)據(jù)說明：轉(zhuǎn)速：2169rpm；采樣長度：1024；傳感器：電渦流位移傳感器采樣點數(shù)：1024；轉(zhuǎn)動頻率36.16Hz；則采樣頻率為其頻率的64倍，取2314Hz源程序改為：x=textrea

13、d('D:Matlab2.txt')，F(xiàn)s=2314;，L=1024，NFFT=1024對應(yīng)譜圖：利用軟件對其進行頻譜計算，得到其時域和頻域特征，分析機器振動原因：不平衡、不對中故障特征及其診斷方法。結(jié)論分析：根據(jù)所給數(shù)據(jù)說明轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率f=2234/60=37.23Hz ，根據(jù)兩圖中相同頻率分布的低頻大概40HZ處幅值較高，與理論相符，但第二幅圖中在高頻處也有幾處高輻出現(xiàn)，根據(jù)機理說明此處有不平衡等引起的震動故障?？偨Y(jié)這次的項目設(shè)計包括三個部分：信號仿真、采集與分析處理，基于計算機的聲信號采集與分析，機械運行數(shù)據(jù)分析與處理。通過這次項目設(shè)計，使我對信號的頻譜能夠有一個更深的了解，對頻域分析也有了一個系統(tǒng)的認(rèn)