測試技術期末大作業(yè)

./動態(tài)測試信號采集仿真與實例分析：冠明學號：02010220指導老師：賈民平東南大學機械工程學院20XX6月12日動態(tài)測試信號采集仿真與實例分析摘要：本次研究是利用實際的動態(tài)測量數(shù)據(jù)結合信號的處理分析,運用數(shù)學軟件得出信號的頻譜,了解信號分析的實際應用方法。過程主要分為三個過程,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。第一個過程是對已經(jīng)連接好的軸系統(tǒng)進行信號采集,運用計算機記錄數(shù)據(jù),得出時域以及頻域信號的圖像；第二個過程是采集三個不同人所說的同一句話,進行ASCII碼轉換并加入噪聲干擾進行分析；第三個過程,利用實驗臺在不對中不平衡的情況下數(shù)據(jù)采集,頻域分析,并與一過程進行比較。主要得出的結果是：得出系統(tǒng)的固有頻率,分析出頻譜圖形不穩(wěn)時對應的解決方法以及故障分析。創(chuàng)新應用有：在原有的測試技術信號處理中的傅里葉變換,計算方法的一些知識。核心在于matlab的運用,運用matlab,進行編程并以圖的方式進行表達時域和頻域下的信號圖形。關鍵詞：信號時域分析頻域分析Matlab1設計題一：信號仿真、采集與分析處理1.1 題目：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Matlab或C語言產(chǎn)生信號,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、相位任意設定；對上述等式進行DFFT處理。討論：1通過設置不同的采樣頻率,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1024點,采樣頻率對信號時域復現(xiàn)、頻域分析的影響；2采樣頻率、采樣長度〔采樣點數(shù)與頻率分辨率的關系；3通過設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；1.2分析：令其中f1=40Hz、f2=400Hz、f3=2000Hz；n<t>為白噪聲,均值為零,方差為0.7；最后再確定各參數(shù),得到如下:x<t>=1*sin<2*pi*50*t+30>+3*sin<2*pi*200*t+45>+5*sin<2*pi*1000*t+60>+white_noise首先研究這個信號的時域狀態(tài)：在Matlab中輸入：plot<x>;number=1024;y=fft<x,number>/number;n=0:length<y>-1;f=fs*n/length<y>;figure<2>plot<f,abs<y>>;可以得到采樣頻率為2000Hz如下的時域響應以及接下來用拉普拉斯變換后我們可以看到此信號的頻域響應：圖〔1采樣頻率分別取4000Hz,,6000Hz采樣點數(shù)分別取1024點和512點得圖像如下：圖〔2圖〔3圖〔2圖〔3是在4000Hz采樣頻率下取1024點和512點的時域頻域圖形圖〔4圖〔5圖〔4圖〔5為采樣頻率為6000Hz下,取1024點和512點的圖形1.3討論在采樣點數(shù)一定的情況下,如1024點,采樣頻率對信號時域復現(xiàn)、頻域分析的影響從圖〔2,圖〔4可以看出,采樣點數(shù)一定時〔1024點,6000HZ的頻譜比4000HZ的峰值頻率帶更加窄,可以更清晰的看出峰值頻率,并且兩個峰值頻率的混疊情況比低頻率的少。但是時域信號比較復雜,采樣頻率變化后肉眼很難進行區(qū)分,故此處難以分析,略去。采樣頻率、采樣長度〔采樣點數(shù)與頻率分辨率的關系采樣頻率越高,頻率分辨率越高。采樣越短,采樣點數(shù)越多,頻率分辨率越高。噪聲對信號時域分析和頻域分析的影響將噪聲方差改為1后,提取頻域信號如下：圖〔6512采樣點2000Hz圖〔71024采樣點2000HZ比較分析上面幾圖：圖〔7對比圖〔1,圖〔7頻域中還是能看清主要的頻率,但其他干擾信號的頻率復制明顯增大了。2、設計題二：基于計算機的聲信號采集與分析2.1題目現(xiàn)代計算機具有對聲音、視頻進行采樣的功能,把模擬信號轉換為數(shù)字信號。通過計算機上的麥克風及聲卡與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"語句〔不少于3次,最好是他人的聲音,利用軟件轉換語音數(shù)據(jù)文件為ASCII碼,然后進行頻譜分析,畫出時域、頻域圖形。討論：1該設置至少為多少的采樣頻率？采樣長度多長為合適？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？要使他人不易識別你的講話聲音,該怎么處理？2.2分析在Matlab中輸入：clear; fs=5000; [x,fs]=mp3read<'D:\MyDocuments\Desktop\a.mp3'>; lengthx=length<x>; t=<0:lengthx-1>/fs; subplot<211>; plot<t,x>; title<'a聲音時域波形'>; xlabel<'時間/s'>; ylabel<'幅值'>; num=lengthx; y=fft<x,num>; n=0:length<y>-1; f=fs*n/lengthx; subplot<212>; plot<f,abs<y>>; axis<[020001.1*min<abs<y>>1.1*max<abs<y>>]> title<'a聲音頻譜'>; xlabel<'頻率〔Hz'>; ylabel<'幅值'>錄制三人講話"倒塌萬歲"語句,進行頻譜分析,得出時域頻域圖形如下〔聲音來自于不同的三個人,圖形中冠明為本人默認,并非一人聲音：a同學錄音b同學錄音c同學錄音2.3討論該設置至少為多少的采樣頻率？采樣長度多長為合適？在錄音軟件中,其設定的采樣頻率為44100Hz,則在matlab中的采樣頻率不可以低于44100Hz,否則會產(chǎn)生失真。所以采樣長度至少要與錄音的頻率相等才可以防止失真。<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？如上圖abc同學錄音的時域頻域所示,每個人講話的聲都在一定的頻域圍,但是由于三個人都為男生,所以其說話頻率的圍是有點接近的,,不過依然可以區(qū)分三人三人的聲音頻率,a同學的錄音由于外界噪音的干擾,所以波形有所不同。但聲音頻率分別可以由圖形明顯區(qū)分出是三個人的。要使他人不易識別你的講話聲音,該怎么處理？要使發(fā)聲者發(fā)出的聲音不易被人識別,主要方法是使聲音發(fā)生失真處理,失真的越嚴重就越發(fā)不易被人識別,但是又不能無限制的失真,例如,在matlab中將sound<x1,44100>;%播放語音信號采樣頻率為44100Hz,則在播放時,可設置為30000Hz,從而產(chǎn)生失真,所產(chǎn)生的失真使得別人很難輕易識別發(fā)聲者發(fā)出的聲音。設計題三：機械運行數(shù)據(jù)分析與處理3.1題目兩文件中數(shù)據(jù)為某轉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。3.2分析平衡：不平衡：不對中：3.3討論從時域波形來看,在平衡時,振動有明顯的周期性,且雜亂的噪聲較少,幾乎看不出噪聲。不平衡時,震動雖具有一定的周期性,但是里面肯定混有很多噪聲,使得時域波形出現(xiàn)畸形,顯得很復雜。在不對中時,其波形波形完全畸形。從頻域圖上看,平衡時的振動有明顯的衰減性,不平衡時的,屬于整體式衰減的,但是中間有出現(xiàn)"異峰"。衰減特性沒有第一組明顯。至于在不對中時,波形沒有衰減,而出現(xiàn)了顫振。不對中,明顯是在傳動過程中因為安裝問題,倒置在傳動軸的軸向沒有達到對中傳動,尤其是在140Hz處有很大的幅值,需要檢查固有頻率在140Hz附近的零件是否存在問題,這類零件可能是引起大幅振動的原因,因予以消除。結論本次大作業(yè)的論文容以機械工程測試與控制級數(shù)為基礎,主要研究了信號的采集,模擬,處理與分析。結合Matlab軟件,解決了實際中的聲音信號的波形已經(jīng)試驗臺震動波形的測試。在試驗中應用了書本上學到的知識,在鞏固的同時更得到了很多課本以外的知識。在完成整個實驗后,對信號的仿真、采集、處理加深了印象,更對生活中類似問題的解決有了很大幫助。致本次大作業(yè)文本格式,論文構架,要感賈民平老師。讓我在格式上懂得如何正確的論文總結方法。論文格式是十分重要的,正確的格式在我們學習工作中都是有十分重要的意義。另外,賈老師