現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)課件

1、機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理第一節(jié)第一節(jié) 相關(guān)分析及其應(yīng)用相關(guān)分析及其應(yīng)用第二節(jié)第二節(jié) 功率譜分析及其應(yīng)用功率譜分析及其應(yīng)用第三節(jié)第三節(jié) 模擬信號(hào)數(shù)字化處理模擬信號(hào)數(shù)字化處理第四節(jié)第四節(jié) 頻譜分析的應(yīng)用頻譜分析的應(yīng)用第第3 3章章 測(cè)試信號(hào)分析與處理測(cè)試信號(hào)分析與處理機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理第一節(jié)第一節(jié) 相關(guān)分析及其應(yīng)用相關(guān)分析及其應(yīng)用 一、相關(guān)與相關(guān)系數(shù)一、相關(guān)與相關(guān)系數(shù) 當(dāng)

2、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)系相關(guān)關(guān)系。 a)a)變量變量x x和變量和變量y y之間是無(wú)關(guān)的之間是無(wú)關(guān)的 b)b)變量變量x x和變量和變量y y之間有相關(guān)關(guān)系之間有相關(guān)關(guān)系機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理所以所以1xy 相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)

3、 的絕對(duì)值愈接近的絕對(duì)值愈接近1 1，變量，變量x x和和y y的線性相關(guān)程的線性相關(guān)程度愈高。相關(guān)系數(shù)度愈高。相關(guān)系數(shù) 接近于零，則可認(rèn)為變量接近于零，則可認(rèn)為變量x x、y y之間完之間完全無(wú)關(guān)。全無(wú)關(guān)。xyxy機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理 自相關(guān)函數(shù)：同一過程不同時(shí)刻的相互依賴關(guān)系，描自相關(guān)函數(shù)：同一過程不同時(shí)刻的相互依賴關(guān)系，描述隨機(jī)信號(hào)述隨機(jī)信號(hào)x(t)x(t)在任意兩個(gè)不同時(shí)刻在任意兩個(gè)不同時(shí)刻t1t1和和t2t2的取值之間的的取值之間的相關(guān)程度。相關(guān)程度。 互相關(guān)函數(shù)：不同

4、過程在某一時(shí)刻的相互依賴關(guān)系，互相關(guān)函數(shù)：不同過程在某一時(shí)刻的相互依賴關(guān)系，描述隨機(jī)信號(hào)描述隨機(jī)信號(hào)x(t)x(t)，y(t)y(t)在任意兩個(gè)不同時(shí)刻在任意兩個(gè)不同時(shí)刻t1t1和和t2t2的取的取值之間的相關(guān)程度。值之間的相關(guān)程度。機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理自相關(guān)函數(shù)的工程自相關(guān)函數(shù)的工程應(yīng)用應(yīng)用 1 1）區(qū)別信號(hào)類型）區(qū)別信號(hào)類型2 2）檢測(cè)混雜在隨機(jī)信號(hào)中的周期成分。）檢測(cè)混雜在隨機(jī)信號(hào)中的周期成分。例例 某一機(jī)械加工表面粗糙度波形的自相關(guān)分析。某一機(jī)械加工表面粗糙度波形的自相關(guān)

5、分析。 a a）表面粗糙度）表面粗糙度b b）自相關(guān)函數(shù)）自相關(guān)函數(shù) 自相關(guān)圖呈現(xiàn)出周期性，自相關(guān)圖呈現(xiàn)出周期性，表明造成表面粗糙度的原表明造成表面粗糙度的原因中包含有某種周期因素。因中包含有某種周期因素。 機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理互相關(guān)函數(shù)的互相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用應(yīng)用 1 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)）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)信息的物理量量有時(shí)間延時(shí)信息的物理量( (如速度、距離、流量等如速度、距離、流量等) )，而構(gòu)，而構(gòu)成相

6、關(guān)流量計(jì)，這是一種先進(jìn)的流速、流量測(cè)量方法。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 2）對(duì)信號(hào)中的隨機(jī)干擾噪聲有極強(qiáng)的抑制能力。基于相關(guān)）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)，或者說將噪聲從信號(hào)中分離出去（將噪聲從信號(hào)中分離出去（相關(guān)濾波器相關(guān)濾波器）。）。測(cè)定熱軋鋼帶運(yùn)動(dòng)速度測(cè)定熱軋鋼帶運(yùn)動(dòng)速度 鋼帶表面的反射光經(jīng)透鏡聚焦在相距為鋼帶表面的反射光經(jīng)透鏡聚焦在相距為d d的兩個(gè)光電池上。反的兩個(gè)光電池上。反射光強(qiáng)度的波動(dòng)，經(jīng)過光電池轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再進(jìn)行相關(guān)處射光強(qiáng)度的波動(dòng)，

7、經(jīng)過光電池轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再進(jìn)行相關(guān)處理。當(dāng)可調(diào)延時(shí)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)過所等于鋼帶上某點(diǎn)在兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間經(jīng)過所需的時(shí)間需的時(shí)間d d時(shí)，互相關(guān)函數(shù)為最大值。則鋼帶的運(yùn)動(dòng)速度為時(shí)，互相關(guān)函數(shù)為最大值。則鋼帶的運(yùn)動(dòng)速度為 ddv機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理確定埋在地下輸油管裂損位置確定埋在地下輸油管裂損位置 漏損處漏損處K K視為向

8、兩側(cè)傳播聲響的聲源，在兩側(cè)管道上分別放置視為向兩側(cè)傳播聲響的聲源，在兩側(cè)管道上分別放置傳感器傳感器1 1和和2 2，因?yàn)榉艂鞲衅鞯膬牲c(diǎn)距漏損處不等遠(yuǎn)，則漏油的，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)圖上音響傳至兩傳感器就有時(shí)差，在互相關(guān)圖上= =mm處互相關(guān)函處互相關(guān)函數(shù)有最大值，這個(gè)數(shù)有最大值，這個(gè)mm就是時(shí)差。由就是時(shí)差。由mm就可確定漏損處的位置：就可確定漏損處的位置： mvs21s s兩傳感器的中點(diǎn)至漏損處的距離兩傳感器的中點(diǎn)至漏損處的距離vv音響通過管道的傳播速度音響通過管道的傳播速度 機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院

9、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理第三節(jié)第三節(jié) 模擬信號(hào)數(shù)字化處理模擬信號(hào)數(shù)字化處理信號(hào)處理的目的：信號(hào)處理的目的： 1 1）分離信、噪，提高信噪比；）分離信、噪，提高信噪比；2 2）從信號(hào)中提取有用的特征信號(hào)；）從信號(hào)中提取有用的特征信號(hào)；3 3）修正測(cè)試系統(tǒng)的某些誤差。）修正測(cè)試系統(tǒng)的某些誤差。信號(hào)處理系統(tǒng)信號(hào)處理系統(tǒng) 模擬信號(hào)處理系統(tǒng)模擬信號(hào)處理系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng) 模擬信號(hào)處理系統(tǒng)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。濾波器、乘法器、微分放大

10、器等環(huán)節(jié)組成。 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)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、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。行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。 機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理一、數(shù)字信號(hào)處理的基本步驟一、數(shù)字信號(hào)處理的基本步驟 信號(hào)的預(yù)處理信號(hào)的預(yù)

11、處理是把信號(hào)變成適于數(shù)字處理的形式，以減是把信號(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：輕數(shù)字處理的困難。預(yù)處理包括： 1 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，）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，以便充分利用一符合采集系統(tǒng)輸入信號(hào)量程的要求，以便充分利用A AD D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的精確度。換器的精確度。 2 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）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。波，以提高信噪比，并濾去信號(hào)中的高頻噪聲。機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程

12、學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理3 3）隔離信號(hào)中的直流分量。）隔離信號(hào)中的直流分量。 4 4）如原信號(hào)經(jīng)過調(diào)制，則應(yīng)先行解調(diào)。）如原信號(hào)經(jīng)過調(diào)制，則應(yīng)先行解調(diào)。 模模- -數(shù)數(shù)(A(AD)D)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換是模擬信號(hào)經(jīng)采樣、量化并轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制是模擬信號(hào)經(jīng)采樣、量化并轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制的過程。的過程。 數(shù)字信號(hào)處理器或計(jì)算機(jī)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。對(duì)離散的時(shí)間序列進(jìn)行運(yùn)算處理。 數(shù)字序列數(shù)字序列截?cái)啵哟昂瘮?shù)）截?cái)啵哟昂瘮?shù)）剔除奇異點(diǎn)剔除奇異點(diǎn)數(shù)字濾數(shù)字濾波波進(jìn)行各種分析進(jìn)行各種分析 運(yùn)算結(jié)果可以直接顯示

13、或打印運(yùn)算結(jié)果可以直接顯示或打印。若后接。若后接D DA A，還可得到模擬，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)或通過專門程序再做后續(xù)處理。專門程序再做后續(xù)處理。機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理二、時(shí)域采樣及采樣定理二、時(shí)域采樣及采樣定理 )()(fXtxnsSnsnffTfGnTttg)(1)()()(采樣函數(shù)采樣函數(shù)模擬信號(hào)模擬信號(hào)機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械

14、工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理)(*)()()(fGfXtgtx采樣采樣nsnTtxtgtxnx)()()()(nssnssnffXTnffTfXfGfX)(1)(1*)()(*)(nssnsnffXTnTtx)(1)(機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理量化量化 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)，這一過程稱為示，就使離散信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，這一過程稱為量化量化。量化一。量化一

15、般是由般是由A/DA/D轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 量化過程的量化誤差與采集過程中寄存器的位數(shù)和采集卡量化過程的量化誤差與采集過程中寄存器的位數(shù)和采集卡的最大輸入幅值有關(guān)系。的最大輸入幅值有關(guān)系。量化誤差量化誤差量化電化實(shí)際)()()(nxnxn三、量化和量化誤差三、量化和量化誤差 機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理降低量化誤差的措施降低量化誤差的措施 1 1）提高）提高A/DA/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)即可降低量化誤差。但轉(zhuǎn)換器的位數(shù)即可降低量化誤差。但A AD D轉(zhuǎn)換器位數(shù)選擇應(yīng)視信號(hào)的具體情

16、況和量化的精度要求而轉(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。影響。 2 2）實(shí)際上，和信號(hào)獲取、處理的其他誤差相比，量）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?；`差通常不大，所以一般可忽略其影響。機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理四、截?cái)?、泄漏和窗函?shù)四、截?cái)?、泄漏和窗函?shù) 1. 1.信號(hào)的截?cái)?、能量泄漏及窗函?shù)信號(hào)的截?cái)唷⒛芰啃孤┘按昂?/p>

17、數(shù) 截?cái)嗑褪菍⑿盘?hào)乘以時(shí)域的有限寬矩形窗函數(shù)。截?cái)嗑褪菍⑿盘?hào)乘以時(shí)域的有限寬矩形窗函數(shù)。 )(*)()()(fWfXtwtx 由于由于W(f)W(f)是一個(gè)無(wú)限帶寬的是一個(gè)無(wú)限帶寬的sincsinc函數(shù)，所以即使函數(shù)，所以即使x(t)x(t)是帶是帶限信號(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。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，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。信號(hào)總是不可避免

18、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)。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。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。 幾種常見的窗函數(shù)：矩形窗、三角窗、漢寧窗幾種常見的窗函數(shù)：矩形窗、三角窗、漢寧窗機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理2.4 2.4 頻

19、譜分析的應(yīng)用頻譜分析的應(yīng)用設(shè)備故障診斷設(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)說來(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。通過對(duì)及這些頻率成分幅值的大小。通過對(duì)“故障特征頻率故障特征頻率”及及“故故障特征頻率幅值障特征頻

20、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)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。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)備存在的問題。類型，找出設(shè)備存在的問題。在分析振動(dòng)譜圖時(shí)，有兩條原則：在分析振動(dòng)譜圖時(shí)，有兩條原則：（1 1）頻率形態(tài)（大小及其變化等）代表故障類型；）頻率形態(tài)（大小及其變化等）代表故障類型；（2 2）幅值代表故障劣化程度。）幅值代表故障劣化程度。 機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理

21、 頻譜分析主要用于識(shí)別信號(hào)中的周期分量，是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。信號(hào)分析中最常用的一種手段。案例：案例：在齒輪箱故障診斷在齒輪箱故障診斷通過齒輪箱振動(dòng)信號(hào)頻譜分析，通過齒輪箱振動(dòng)信號(hào)頻譜分析，確定最大頻率分量，然后根據(jù)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，找出機(jī)床齒輪轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)鏈，找出故障故障案例：案例：螺旋漿設(shè)計(jì)螺旋漿設(shè)計(jì)可以通過頻譜分析確定螺旋漿可以通過頻譜分析確定螺旋漿的固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速，確定的固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速，確定螺旋漿轉(zhuǎn)速工作范圍。螺旋漿轉(zhuǎn)速工作范圍。機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技

22、術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械常見故障的頻率特征強(qiáng)迫振動(dòng)類故障強(qiáng)迫振動(dòng)類故障自激振動(dòng)類故障自激振動(dòng)類故障R R: : 轉(zhuǎn)動(dòng)頻率轉(zhuǎn)動(dòng)頻率故障名稱頻率特征轉(zhuǎn)動(dòng)特征故障名稱頻率特征轉(zhuǎn)動(dòng)特征不平衡1R同步正進(jìn)動(dòng)油膜渦動(dòng)(0.40.49)R正進(jìn)動(dòng)熱彎曲1R同步正進(jìn)動(dòng)油膜振蕩等于低階固有頻率正進(jìn)動(dòng)不對(duì)中2R正進(jìn)動(dòng)氣隙振蕩等于低階固有頻率正進(jìn)動(dòng)磁拉力不平衡2NRN 為磁極對(duì)數(shù)正進(jìn)動(dòng)內(nèi)腔積液失穩(wěn)前 0.5R失穩(wěn)后為低階固有頻率正進(jìn)動(dòng)松 動(dòng)1R, 2R 等也有 1.5 R,2.5R 等轉(zhuǎn)子內(nèi)阻失穩(wěn)前 0.5R失穩(wěn)后為低階固有頻率正進(jìn)動(dòng)齒輪故障嚙合頻率等于齒數(shù)R ，邊帶頻率

23、徑向摩擦失穩(wěn)前小于低階固有頻率失穩(wěn)后等于低階固有頻率反進(jìn)動(dòng)滾動(dòng)軸承外環(huán)故障內(nèi)環(huán)故障滾珠故障軸向摩擦失穩(wěn)前小于低階固有頻率失穩(wěn)后等于低階固有頻率機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理例例1 1 不平衡故障不平衡故障 泵、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)使用一段時(shí)間后，由于磨擦、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)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)滑脂過量也會(huì)引起不平衡）。不平衡的特機(jī)由于潤(rùn)滑脂過量也會(huì)引起不平衡）。不平衡的特點(diǎn)是：點(diǎn)是：1 1、振動(dòng)頻率

24、單一，振動(dòng)方向以徑向?yàn)橹?。在工頻、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）（亦稱轉(zhuǎn)頻）（1X 1X ）處有一最大峰值，（轉(zhuǎn)子若為）處有一最大峰值，（轉(zhuǎn)子若為懸臂支承，將有軸相分量）；懸臂支承，將有軸相分量）；2 2、在一階臨界轉(zhuǎn)速內(nèi)振幅隨轉(zhuǎn)速的升高而增大；、在一階臨界轉(zhuǎn)速內(nèi)振幅隨轉(zhuǎn)速的升高而增大；3 3、譜圖中一般不含工頻（、譜圖中一般不含工頻（1X1X）的高次諧波（）的高次諧波（2X2X、3X 3X ）。）。 機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理 一臺(tái)射流泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在工頻（一臺(tái)射

25、流泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在工頻（1800r1800rminmin）處幅值最大，）處幅值最大，達(dá)達(dá)1.5m1.5m（圖（圖5-15-1）。）。3 3個(gè)月后再測(cè)量，同一處的最大峰值已是個(gè)月后再測(cè)量，同一處的最大峰值已是2.83m2.83m（圖（圖5-25-2），達(dá)到泵安全運(yùn)行的報(bào)警值。拆機(jī)修理發(fā)現(xiàn)），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0.97m0.97m（圖（圖5-35-3），振幅明顯減小，泵運(yùn)行正常。），振幅明顯減小，泵運(yùn)行正常。 機(jī)械與電氣工程學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院長(zhǎng)江師范學(xué)院機(jī)械工

26、程測(cè)試技術(shù)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)第第3 3章章 信號(hào)分析與處理信號(hào)分析與處理例例2 2 不對(duì)中及軸彎曲不對(duì)中及軸彎曲 就旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言，就旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言，7070-75-75的振動(dòng)是不對(duì)中引起的振動(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、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)軸器兩邊都有兩者在機(jī)器端部或聯(lián)軸器兩邊都有180180的相位差。的相位差。不對(duì)中振動(dòng)的特點(diǎn)：不對(duì)中振動(dòng)的特點(diǎn)：1 1在在2X2X處有大的能量分布；處有大的能量分布；2 2隨著不對(duì)中程度的增加，產(chǎn)生