動(dòng)態(tài)測(cè)試基本知識(shí)

1、1土木橋梁動(dòng)態(tài)測(cè)試基礎(chǔ)知識(shí)土木橋梁動(dòng)態(tài)測(cè)試基礎(chǔ)知識(shí)( (第一版第一版) ) 2D.D.輸入量程輸入量程E E. .動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 范圍范圍F F. .輸入輸入 噪聲噪聲G G. .信噪比信噪比H H. .信號(hào)失真信號(hào)失真I I. .通道通道 一致性一致性J. J.抗混疊濾波抗混疊濾波K.K.信號(hào)輸入信號(hào)輸入 類(lèi)型類(lèi)型L. L.數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式5信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)A A. .信號(hào)采樣信號(hào)采樣B B. .泄漏泄漏C C. .窗函數(shù)窗函數(shù)D.D.濾波濾波E E. .幅域分析幅域分析F F. .時(shí)域分析時(shí)域分析G G. .頻譜分析頻譜分析H H. .求取混疊后的頻率求取混疊后的頻率I

2、I. .階與自由度階與自由度31 測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試項(xiàng)目n荷載試驗(yàn)荷載試驗(yàn)n靜態(tài)載荷力作用下的橋梁承載能力靜態(tài)載荷力作用下的橋梁承載能力n測(cè)試項(xiàng)目：靜應(yīng)變、靜撓度測(cè)試項(xiàng)目：靜應(yīng)變、靜撓度n動(dòng)載試驗(yàn)動(dòng)載試驗(yàn)n動(dòng)態(tài)載荷力作用下的橋梁特性動(dòng)態(tài)載荷力作用下的橋梁特性n試驗(yàn)項(xiàng)目：跑車(chē)、跳車(chē)、剎車(chē)試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目：跑車(chē)、跳車(chē)、剎車(chē)試驗(yàn)n測(cè)試項(xiàng)目：沖擊系數(shù)、動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)撓度、阻尼比等測(cè)試項(xiàng)目：沖擊系數(shù)、動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)撓度、阻尼比等n脈動(dòng)試驗(yàn)脈動(dòng)試驗(yàn)n識(shí)別橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)n測(cè)試項(xiàng)目：固有頻率、模態(tài)參數(shù)測(cè)試項(xiàng)目：固有頻率、模態(tài)參數(shù)n索力試驗(yàn)索力試驗(yàn)42 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成靜應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)靜應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)用于混凝土

3、用于混凝土的應(yīng)變片的應(yīng)變片INV2312NINV2312N靜態(tài)應(yīng)變儀靜態(tài)應(yīng)變儀DASPDASP測(cè)量測(cè)量分析軟件分析軟件52 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成無(wú)線組網(wǎng)示意圖無(wú)線組網(wǎng)示意圖總線組網(wǎng)示意圖總線組網(wǎng)示意圖6動(dòng)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)2 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成用于混凝土用于混凝土的應(yīng)變片的應(yīng)變片INV1861INV1861動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)應(yīng)變調(diào)理儀應(yīng)變調(diào)理儀INV3060INV3060、30183018、30203020系列采集儀系列采集儀DASPDASP測(cè)量分析軟件測(cè)量分析軟件7振動(dòng)、模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)振動(dòng)、模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)2 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成891891、941941型型傳感器傳感器INV3062

4、INV3062、30603060、3018301830203020系列采集儀系列采集儀DASPDASP測(cè)量分析軟件測(cè)量分析軟件8索力測(cè)試系統(tǒng)索力測(cè)試系統(tǒng)2 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成索力測(cè)量索力測(cè)量工裝工裝INV3062INV3062、30183018系列采集儀系列采集儀DASPDASP測(cè)量分析軟件測(cè)量分析軟件INV9828INV9828加速度傳感器加速度傳感器INV3080INV3080手持式索力分析儀手持式索力分析儀或者或者92 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)的四部分構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)的四部分n傳感器傳感器n信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理n采集儀采集儀n測(cè)量分析軟件測(cè)量分析軟件10n加速度傳感器（加速度傳

5、感器（IEPEIEPE型）型） 用于索力測(cè)試、要求高靈敏度、低用于索力測(cè)試、要求高靈敏度、低頻性能好，例如：頻性能好，例如：INV9828.INV9828. 傳感器的種類(lèi)2 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成11n速度傳感器（速度傳感器（891891、941941系列）系列） 常用于低頻、中頻信號(hào)的測(cè)量。例如：橋常用于低頻、中頻信號(hào)的測(cè)量。例如：橋梁、樓房的振動(dòng)、模態(tài)測(cè)量領(lǐng)域。梁、樓房的振動(dòng)、模態(tài)測(cè)量領(lǐng)域。傳感器的種類(lèi)2 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成12應(yīng)變信號(hào)調(diào)理器 應(yīng)變信號(hào)需經(jīng)過(guò)應(yīng)變調(diào)理（應(yīng)變信號(hào)需經(jīng)過(guò)應(yīng)變調(diào)理（INV1861INV1861動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀），可接入），可接入INV3018INV30

6、18、 INV3060 INV3060、 INV3020INV3020系列系列2424位采集儀中位采集儀中. .2 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成13nADAD：國(guó)內(nèi)外主流均為：國(guó)內(nèi)外主流均為2424采集儀采集儀n通道數(shù)：從通道數(shù)：從4 4通道到幾百通道通道到幾百通道采集儀種類(lèi)2 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成1424位采集儀的特點(diǎn)2 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成n以INV3018系列為例n高精度：每通道獨(dú)立24bit+方式AD技術(shù) n高性能：連續(xù)不間斷海量全并行采集n高速度：每通道采樣頻率 51.2K/102.4K/204.8KHz可選n高動(dòng)態(tài)范圍：120dB典型值，110dB保證值（單核）n高抗混濾波性能

7、： 超過(guò)-300db/octn低噪聲： 0.03mV rms 10V量程n多輸入方式：AC、DC、ICP、外接電荷、應(yīng)變1524位采集儀的特點(diǎn)2 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成n最突出優(yōu)點(diǎn)： 1）測(cè)試儀器更輕巧、便攜 對(duì)于測(cè)量加速度的ICP傳感器和測(cè)量橋梁、樓房的電壓輸出型傳感器，不在需要測(cè)試中的放大器、濾波器。 2）讓測(cè)試變得更簡(jiǎn)單 具有高動(dòng)態(tài)范圍，避免了放大器檔位設(shè)置不合適引起信號(hào)太小、信號(hào)過(guò)載的情況。16 1616位采集系統(tǒng)與位采集系統(tǒng)與2424位采集系統(tǒng)的配置區(qū)別位采集系統(tǒng)的配置區(qū)別 采用采用1616位采集儀的測(cè)試系統(tǒng)位采集儀的測(cè)試系統(tǒng)采用采用2424位采集儀的測(cè)試系統(tǒng)位采集儀的測(cè)試系統(tǒng) 多

8、臺(tái)2 測(cè)試系統(tǒng)組成測(cè)試系統(tǒng)組成173 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試n傳感器選型傳感器選型 1）傳感器種類(lèi) 2）頻率范圍 3）傳感器量程 4）傳感器尺寸、重量 5）環(huán)境要求（高溫、防水等）183 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試n試驗(yàn)準(zhǔn)備試驗(yàn)準(zhǔn)備 1）選擇合適的傳感器 2）檢查傳感器、導(dǎo)線和采集儀 3）導(dǎo)線編碼 4）技術(shù)方案 5）人員分工 6）其他輔助工具193 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試n傳感器常見(jiàn)安裝方式傳感器常見(jiàn)安裝方式 1）螺栓連接 2）磁座安裝 3）膠粘 4）蜂臘 5）橡皮泥 20安裝后的傳感器如何保護(hù)？安裝后的傳感器如何保護(hù)？ 1）合適的工作環(huán)境，并做出適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。避免由于絕緣、潮濕等原因造成損壞

9、或信號(hào)異常。 3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試213 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試 2）傳感器需要在室外過(guò)夜、有雨等情況，傳感器要做好防水、防潮等保護(hù)措施。 3）在高空操作時(shí)，為了避免傳感器跌落造成人身、財(cái)產(chǎn)安全，傳感器需要采用繩索固定等保護(hù)措施。223 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試n傳感器與導(dǎo)線的接頭如何保護(hù)？傳感器與導(dǎo)線的接頭如何保護(hù)？ 1） 接觸良好。避免短路、斷路和接觸不良情況存在。 2）將導(dǎo)線端固定。 避免由于長(zhǎng)導(dǎo)線作用而 使傳感器受到拉力。 891-2891-2型傳感器接頭防護(hù)型傳感器接頭防護(hù)233 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試 3）對(duì)于加速度傳感器，接頭為M5或者M(jìn)3，要保證擰緊，沒(méi)有松動(dòng)。 振

10、動(dòng)劇烈的情況下 測(cè)試中出現(xiàn)問(wèn)題人無(wú)法進(jìn)行重新安裝 對(duì)M5接頭處彎成環(huán)形后用膠帶固緊。 243 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試n測(cè)試導(dǎo)線如何處理？測(cè)試導(dǎo)線如何處理？ 導(dǎo)線的固定：導(dǎo)線的固定： 固定導(dǎo)線末端，防止導(dǎo)線晃動(dòng)對(duì)信號(hào)的干擾固定導(dǎo)線末端，防止導(dǎo)線晃動(dòng)對(duì)信號(hào)的干擾253 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試n系統(tǒng)連接后，檢查信號(hào)是否正常？系統(tǒng)連接后，檢查信號(hào)是否正常？ 1）連接后，測(cè)點(diǎn)振動(dòng)量值微弱，但信號(hào)較大，有上百毫伏。 同時(shí)有周期性，頻譜峰值為50Hz，100Hz，150Hz，200Hz，250Hz等。 解決：檢查是否為接觸不良引起的，可以檢查導(dǎo)線接頭。263 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試M5M5接頭接觸不良

11、，導(dǎo)致的錯(cuò)誤信號(hào)接頭接觸不良，導(dǎo)致的錯(cuò)誤信號(hào)273 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試 2）連接后，可以讓工作人員在傳感器周?chē)p輕敲擊或者晃動(dòng)傳感器，看軟件屏幕是否具有信號(hào)變化。 如沒(méi)有信號(hào)變化，則為連接導(dǎo)線不通或者儀器檔位設(shè)置不合適。 解決：檢查接線接頭、傳感器安裝及檔位。283 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試信號(hào)正常時(shí)，隨振動(dòng)變化，信號(hào)幅值隨之改變信號(hào)正常時(shí)，隨振動(dòng)變化，信號(hào)幅值隨之改變293 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試n應(yīng)變測(cè)量經(jīng)常遇到的問(wèn)題：應(yīng)變測(cè)量經(jīng)常遇到的問(wèn)題： 1 1 、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀無(wú)法平衡。、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀無(wú)法平衡。 常見(jiàn)的有兩種情況：常見(jiàn)的有兩種情況： 1 1）應(yīng)變片與導(dǎo)線的接線接觸不良。）應(yīng)變片與

12、導(dǎo)線的接線接觸不良。 接線頭斷開(kāi)，無(wú)法構(gòu)成四個(gè)橋臂，因此無(wú)法接線頭斷開(kāi)，無(wú)法構(gòu)成四個(gè)橋臂，因此無(wú)法平衡。平衡。 解決方法：檢查橋盒接線接頭。解決方法：檢查橋盒接線接頭。 303 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試 2 2）應(yīng)變片連線后的輸出電阻偏大。標(biāo)準(zhǔn)）應(yīng)變片連線后的輸出電阻偏大。標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該為應(yīng)該為120120歐姆，如果超過(guò)太多，比如歐姆，如果超過(guò)太多，比如131131歐姆，歐姆，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀將無(wú)法平衡。動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀將無(wú)法平衡。 解決方法：重新貼片或者更換測(cè)點(diǎn)或使用解決方法：重新貼片或者更換測(cè)點(diǎn)或使用半橋接法接入另一個(gè)沒(méi)有變形的應(yīng)變片。半橋接法接入另一個(gè)沒(méi)有變形的應(yīng)變片。313 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試 2

13、 2、工頻、工頻50Hz50Hz信號(hào)干擾嚴(yán)重信號(hào)干擾嚴(yán)重 工頻干擾嚴(yán)重是由于接地不好造成的，解工頻干擾嚴(yán)重是由于接地不好造成的，解決的方法時(shí)良好接地。決的方法時(shí)良好接地。 良好的接地點(diǎn)可以是：打入地下的長(zhǎng)鋼板良好的接地點(diǎn)可以是：打入地下的長(zhǎng)鋼板、深入地下的金屬框架結(jié)構(gòu)、接線板地線等。、深入地下的金屬框架結(jié)構(gòu)、接線板地線等。 通過(guò)導(dǎo)線將儀器外殼和良好接地點(diǎn)相連。通過(guò)導(dǎo)線將儀器外殼和良好接地點(diǎn)相連。324 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)n數(shù)據(jù)采集儀功能： 1）模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 2）集成放大器的部分功能，如濾波 334 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)nAD位數(shù)n采樣頻率n輸入量程 增益 放大倍數(shù)n輸入噪聲

14、,等效輸入噪聲n失真度 THD， THD+Nn動(dòng)態(tài)范圍，信噪比n通道一致性，幅值，時(shí)間差和相位差n抗混疊濾波，衰減率，阻帶衰減n其他 串?dāng)_，幅值線性度，直流偏置n信號(hào)輸入類(lèi)型：電壓DC，AC、ICP、應(yīng)變、電荷等n數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型：USB、網(wǎng)口、WIFI、CPCI總線、PXI等344 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采AD芯片發(fā)展n早期 8位、12位、16位n現(xiàn)在 24位 方式 高精度n低噪聲： = 2 AF 否則 混疊n抗混疊濾波n工程應(yīng)用 SF = 2.56 AFn1000 還是 1024nSF=1000, dt=1ms, df=0.9765625HznSF=1024, dt=0.9765625ms

15、, df=1Hzn計(jì)算df時(shí)以1024點(diǎn)FFT為例374 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)輸入量程n量程n10V 1V 100mV 10mV 1mVn增益，放大倍數(shù)n1 10 100 1000 10000384 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)動(dòng)態(tài)范圍DRn指設(shè)備不受噪聲影響能獲得不失真輸出 的測(cè)量上限值Ymax和下限值Ymin之比，以dB為單位maxmin20lgYDRY39動(dòng)態(tài)范圍比較n24位雙核采集儀：n可達(dá)160dBn24位單核采集儀：n通常110120dB ，理論144dBn16位采集儀：n通常6080dB，理論96dBn12位采集儀n通常5060dB，理論72dB4 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)404

16、 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)16bit AD（80dB）24bit AD（120dB）dB16014012010080604020010V1V100mV10mV量量程程10V1mV1V100mV10V160dBV101100m10m1m100u10u1u0.1u24bit 雙核雙核（160dB）414 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)輸入噪聲n輸入短路，電阻小于50歐姆n增益1倍時(shí)，測(cè)量到的信號(hào)為輸入噪聲n增益大于1時(shí)，則為等效輸入噪聲n折合到輸入端n為實(shí)際硬件噪聲 除以 增益倍數(shù)n例如n1 mV rms 增益1倍，10V量程n100 uV rms 增益10倍，1V量程n10 uV rms 增益100倍

17、，100mV量程n1 uV rms 增益1000倍，100mV量程424 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)輸入噪聲nINV系列24Bit采集儀n30uV rms 10V量程n增益后，折合到輸入端n0.3uV rms 增益100倍， 100mV量程n一般16bit采集儀n200500 uV rms 10V量程n增益后，折合到輸入端n2050 uV rms 增益10倍，1V量程n0.20.5 uV rms 增益1000倍，10mV量程434 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)信噪比SNRn指信號(hào)功率Ns與干擾（噪聲）功率Na之比，以dB為單位n有時(shí)也用信號(hào)電壓和噪聲電壓之比來(lái)表示20lgsaNSNRN444 數(shù)采相

18、關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)信號(hào)失真nTHD 總諧波失真n例如 0.01% = 0.0001 = -80dBn總失真 THD+N454 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)通道一致性n任意兩通道，輸入完全相同信號(hào)n測(cè)量結(jié)果的幅值比和相位差n幅值一致性 n如0.1dB 為 1.0116，相差 1.16%n相位一致性 高級(jí)高級(jí)中級(jí)中級(jí)低級(jí)低級(jí)幅幅 值值0.1dB0.3dB0.5dB相相 位位135464 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)通道一致性474 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)抗混疊濾波n采樣定理 SF = 2AFn采樣前必須濾除 SF/2以上頻率的信號(hào)n注意：必須采樣前的模擬濾波，n 不可采樣之后再進(jìn)行數(shù)字濾波484 數(shù)采相

19、關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)濾波器指標(biāo)n倍頻程衰減率 dB/Oct (24位 -300dB/Oct)n阻帶衰減 dB (24位 90dB)存在存在過(guò)渡帶過(guò)渡帶常用常用SF/2.56494 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)信號(hào)輸入方式n24位或多核采集儀n高精度，高動(dòng)態(tài)范圍，高抗混濾波n大大省略信號(hào)放大調(diào)理器等二次儀表電壓型傳感器ICP型聲壓傳感器電荷型壓電傳感器應(yīng)變片傳感器ICP型振動(dòng)傳感器INV2030 -24Bit或雙核采集儀電壓信號(hào)504 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)據(jù)傳輸方式n基于計(jì)算機(jī)的外設(shè)端口方式nRS232(COM),LPT,GPIB,1394,USB1.1/2.0,LAN等n基于計(jì)算機(jī)的內(nèi)部總線方

20、式nISA,ESA,PCI,PCMCIA,VXI,CPCI,PXI等n無(wú)線傳輸n射頻、Wifi等514 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)外設(shè)端口傳輸方式n采集儀獨(dú)立于PC，通過(guò)端口連接nGPIB，RS232 ，速度很低nLPT并口，速度較低，穩(wěn)定性差nUSB1.1 ，速度較低，穩(wěn)定，便捷n1394 ， 速度較快，通用性很差nUSB2.0 ，速度較快，穩(wěn)定，可直接供電nLAN，速度較快，穩(wěn)定，級(jí)聯(lián)性好, LXIn推薦：USB2.0 和 LAN524 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)USB2.0 VS LANnUSB2.0n優(yōu)點(diǎn)：可操作性較好,即插即用,不影響其他設(shè)備n缺點(diǎn)：級(jí)聯(lián)性能較差,傳輸線很短nLANn優(yōu)點(diǎn)

21、：級(jí)聯(lián)性能很好，遠(yuǎn)距離、無(wú)線n缺點(diǎn)：操作性稍差(需設(shè)置IP地址),占用網(wǎng)口534 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)內(nèi)部總線傳輸方式n采集儀與計(jì)算機(jī)為一體n臺(tái)式PC： ISA和EISA（性能低），PCIn筆記本PC：PCMCIA，性能低nVXI：規(guī)模大，使用少nCPCI/PXI：目前較為普及n推薦： CPCI/PXI54nPCI 通用，普通計(jì)算機(jī)n 速度快，數(shù)目局限24，無(wú)時(shí)鐘同步功能nCPCI CompactPCI機(jī)箱n速度快，數(shù)目理論上可達(dá)256，無(wú)時(shí)鐘同步n非常普及的工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)n改進(jìn)CPCI，增加時(shí)鐘同步功能nPXI 基于CPCI發(fā)展，PXI機(jī)箱n比普通CPCI增加時(shí)鐘同步等功能4 數(shù)采相關(guān)知識(shí)

22、數(shù)采相關(guān)知識(shí)PCI 、CPCI、PXI554 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)CPCI/PXI vs USB/LAN外端口n內(nèi)部總線CPCI/PXIn速度快，可實(shí)現(xiàn)多通道的高速采樣n堅(jiān)固的機(jī)箱，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠n內(nèi)置嵌入電腦，成本較高n外部端口USB/LAN等n速度相對(duì)較低或通道較少n需要注意連接線的可靠性n便捷方便，靈活連接不同計(jì)算機(jī)56數(shù)據(jù)傳輸方式n無(wú)線WIFI射頻方式n優(yōu)點(diǎn)：無(wú)傳輸導(dǎo)線,內(nèi)置存儲(chǔ)，無(wú)需外供電n缺點(diǎn)：級(jí)聯(lián)性差,傳輸距離有限，易丟點(diǎn)，采樣速度低4 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)57dB 分貝n聲音基準(zhǔn) 20 uPan振動(dòng)基準(zhǔn) 1E-6 m/ssn無(wú)特殊要求，基準(zhǔn)為1)log(200AAdB n

23、線性乘以10倍，dB增加20n線性乘以2倍，dB增加6n0dB 表示 A = A0nA必須大于0n3dB 1.412 2n6dB 1.995 2n10dB 3.162 = 10n20dB 105 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)585 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)采樣n動(dòng)態(tài)信號(hào)數(shù)字化動(dòng)態(tài)信號(hào)數(shù)字化n采樣：也稱(chēng)抽樣，是信號(hào)在時(shí)間上的離散化；即按照一定時(shí)間間隔t在模擬信號(hào)x(t)上逐點(diǎn)采取其瞬時(shí)值。595 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)n量化：是對(duì)幅值進(jìn)行離散化，即將實(shí)際連續(xù)的振動(dòng)幅值歸到接近的二進(jìn)制量化電平表示。605 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)采樣和量化示意615 信號(hào)處理基本

24、知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)采樣頻率和信號(hào)混疊n采樣定理采樣定理n采樣頻率 SF 必須大于信號(hào)頻率fs的2倍，即SF2fs通常取2.56倍以上n不滿(mǎn)足采樣定理將造成信號(hào)混疊，信號(hào)混疊就是把本該是高頻的信號(hào)誤認(rèn)為低頻信號(hào)625 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)采樣頻率的選取n首先必須滿(mǎn)足采樣定理，對(duì)于不感興趣的較高頻率，可以使用抗混濾波器濾除。n若重點(diǎn)為時(shí)域波形，則應(yīng)盡量提高采樣頻率SF，使時(shí)間間隔t較小，SF2050倍fs之間n若重點(diǎn)為頻譜分析，則應(yīng)盡量降低采樣頻率SF，使頻率間隔f較小，SF2.5625.6倍fs之間時(shí)間間隔時(shí)間間隔 SFt1頻率間隔頻率間隔 NSFf N FFT計(jì)算的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)計(jì)算的

25、數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù) 635 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)645 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)標(biāo)定值問(wèn)題標(biāo)定值問(wèn)題 n從傳感器、放大器、濾波器等到AD采樣的全過(guò)程中，結(jié)構(gòu)振動(dòng)的1個(gè)工程單位(EU)轉(zhuǎn)變?yōu)?A個(gè)mV電壓，則系統(tǒng)標(biāo)定值為 A (mV/EU)。n一般情形為 傳感器靈敏度 放大器放大倍數(shù)。n精確測(cè)定系統(tǒng)標(biāo)定值，常常通過(guò)振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行標(biāo)定。n 655 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)抗混疊濾波n采樣定理只保證了信號(hào)不被歪曲為低頻信號(hào)，但不能保證不受高頻信號(hào)的干擾n在采樣前，應(yīng)把比所需信號(hào)fs更高的頻率成分濾掉，這就是抗混濾波665 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)采樣長(zhǎng)度和頻率分辨率n采樣長(zhǎng)度即

26、采樣時(shí)間的長(zhǎng)短n采樣時(shí)，首先要保證能反映信號(hào)的全貌n兼顧考慮信號(hào)平均的要求，減少計(jì)算量等因素，采樣長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)n采樣點(diǎn)數(shù)N 一般選為2m 的倍數(shù)，使用較多的有512、1024、2048、4096個(gè)樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)n給定分析頻率時(shí)，采樣長(zhǎng)度（T）越大，則f 便越小，即分辨率越高，可見(jiàn)頻率分辨率是與采樣長(zhǎng)度呈反比675 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)截?cái)鄋計(jì)算機(jī)每次只能對(duì)有限長(zhǎng)度（如1024 點(diǎn)）的離散數(shù)據(jù)進(jìn)行分析n原先連續(xù)的時(shí)域信號(hào)，要截?cái)喑扇舾晒潭ㄩL(zhǎng)度的信號(hào)，再由計(jì)算機(jī)對(duì)被截取的信號(hào)一段段進(jìn)行分析n截?cái)鄷?huì)使頻譜分析精度受到影響685 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)泄漏n整周期截?cái)嘀芷谛孕盘?hào)無(wú)

27、精度損失n非整周期截?cái)鄬⑹剐盘?hào)波形兩端產(chǎn)生突變，會(huì)產(chǎn)生原信號(hào)中不存在的頻率成分，稱(chēng)為泄漏；即原先集中的頻率信息泄漏到旁邊頻段去了n截?cái)嚯S機(jī)信號(hào)使原來(lái)連續(xù)的頻譜出現(xiàn)皺紋，即皺紋效應(yīng)；也會(huì)頻譜影響精度n信號(hào)截?cái)嘣斐尚盘?hào)失真，進(jìn)而產(chǎn)生泄漏695 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)截?cái)嘈孤┦疽?05 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)加窗n加窗的主要目的是減少泄漏誤差n加窗的主導(dǎo)想法是用比較光滑的窗函數(shù)代替截取信號(hào)樣本的矩形窗函數(shù)，對(duì)截?cái)嗟臅r(shí)序信號(hào)進(jìn)行特定的不等加權(quán)，使被截?cái)嗟牟ㄐ蝺啥送蛔冏兊闷交琻工程上常用的是矩形窗、漢寧窗、平頂窗、力/指數(shù)窗等715 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)加窗加權(quán)函數(shù)，

28、目的是為使信號(hào)滿(mǎn)足FFT變換要求，以最小化泄漏，但不能消除泄漏是一個(gè)令人討厭的東西，但又離不開(kāi)它所有窗函數(shù)都會(huì)使數(shù)據(jù)失真：使測(cè)量的峰值失真，增大了結(jié)構(gòu)的阻尼，相比泄漏造成的嚴(yán)重畸變而言，還是更能讓人接受加窗會(huì)引起數(shù)據(jù)失真，應(yīng)盡量實(shí)施無(wú)泄漏的測(cè)量，避免加窗最常用的窗函數(shù)是矩形窗、漢寧窗，平頂窗和力窗/指數(shù)窗725 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)常用窗函數(shù)波形和譜圖735 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)窗的特性和加窗原則n沖擊過(guò)程和瞬態(tài)過(guò)程的測(cè)量，應(yīng)該使用矩形窗(也稱(chēng)力窗)n隨機(jī)和周期激振信號(hào)，多用Hanning 窗n自由衰減信號(hào)，多用指數(shù)窗類(lèi)型E N BW幅值應(yīng)用場(chǎng)合矩形窗1.04dB未知的

29、周期信號(hào)漢寧窗1.51.5dB大多數(shù)一般用途平頂窗3.80.02dB 要求幅值精度，多用于校準(zhǔn)用Kaiser-Bessel1.81dB要求相對(duì)高的幅值精度和頻率分辨率745 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)加窗示意755 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)濾波n濾波的主要目的：使噪聲與有用信號(hào)分離，并予以抑制和消除，以提高信噪比n基本類(lèi)型：低通、高通、帶通和帶阻n濾波方式：模擬濾波和數(shù)字濾波兩種765 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)幅域分析n振動(dòng)幅值是振動(dòng)強(qiáng)弱的一種度量，是信號(hào)分析最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)n幅域統(tǒng)計(jì)指標(biāo)：最大值、最小值、峰峰值、均值、方差、有效值等；對(duì)隨機(jī)信號(hào)，均值、方差、概率密度和概

30、率分布函數(shù)等n峰值反映動(dòng)態(tài)信號(hào)瞬時(shí)絕對(duì)值得最大值n均值反映信號(hào)中心位置和變化的平均水平n方差反映信號(hào)在中心位置上的波動(dòng)程度n均方值(有效值平方)反映信號(hào)動(dòng)態(tài)與靜態(tài)總的平均能量水平775 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)概率分析概率分析n描述數(shù)據(jù)在幅值域的分布n1 概率密度函數(shù)：描述信號(hào)的幅值在某一個(gè)范圍內(nèi)的概率n2 概率分布函數(shù)：描述信號(hào)的幅值小于某個(gè)值的概率785 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)典型信號(hào)的概率密度函數(shù)795 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)時(shí)域分析：相關(guān)函數(shù)分析n相關(guān)：是指變量之間的線性關(guān)系n相關(guān)分析：反映信號(hào)之間的相關(guān)性 n兩種相關(guān)函數(shù)：n自相關(guān)函數(shù)：是描述信號(hào)x(t)一

31、個(gè)時(shí)刻的取值與另一個(gè)時(shí)刻的取值之間的依賴(lài)關(guān)系n互相關(guān)函數(shù)：是對(duì)兩個(gè)信號(hào)x(t)和y(t)進(jìn)行分析的，描述x(t)一個(gè)時(shí)刻的取值與y(t)另一個(gè)時(shí)刻的取值之間的依賴(lài)關(guān)系n自相關(guān)系數(shù)和互相關(guān)系數(shù)的值總是在-1,1的區(qū)間上805 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用n自相關(guān)函數(shù)：n判斷原信號(hào)的性質(zhì)n檢測(cè)混于隨機(jī)噪聲中的確定性信號(hào)n其傅立葉變換可以求得信號(hào)的功率譜密度n互相關(guān)函數(shù)：n互相關(guān)函數(shù)在時(shí)間位移等于信號(hào)通道系統(tǒng)所需時(shí)間時(shí)，將出現(xiàn)峰值；即系統(tǒng)的時(shí)間滯后直接可用輸出輸入互相關(guān)函數(shù)中峰值的時(shí)間位移來(lái)確定n利用互相時(shí)延和能量信息可對(duì)傳輸通道進(jìn)行識(shí)別n其傅立葉變換可以求得信號(hào)的互功率譜密度815 信號(hào)處理基本知識(shí)信號(hào)處理基本知識(shí)頻譜分析n頻譜分析：就是將在時(shí)間域變化的信號(hào)變換為在頻(率)域中有效值或均方值隨頻率的分布n基本方法：(快速)傅立葉變換(FFT：Fast Fo