振动测试与动态信号分析资料
04设备动态信号分析
04设备动态信号分析设备动态信号分析是指对设备在运行过程中产生的各种信号进行分析，以获取设备运行状态、性能参数以及故障特征等信息的过程。
通过对信号的分析，可以帮助工程师了解设备的运行情况，及时发现设备存在的问题，从而采取相应的措施，确保设备的正常运行和良好的性能。
设备动态信号分析通常包括对振动信号、声音信号、温度信号、压力信号等多种信号的分析。
在设备动态信号分析中，振动信号是其中最为重要的一种信号。
振动信号可以反映设备在运行过程中产生的振动情况，包括振幅、频率、相位等参数。
通过对振动信号的分析，可以诊断设备的故障类型、位置和严重程度，评估设备的健康状况，指导设备的维护和保养工作。
振动信号的分析方法包括时域分析、频域分析、时频分析等。
时域分析可以显示信号的波形和震动特征，频域分析可以显示信号的频谱分布，时频分析可以分析信号的时间变化和频率变化规律。
另外，声音信号也是设备动态信号分析中的一种重要信号。
声音信号可以反映设备在运行过程中产生的噪音情况，通过对声音信号的分析，可以评估设备的噪音水平，判断设备的运行状态，诊断设备的故障情况。
声音信号的分析方法包括频谱分析、时间频谱分析、声音图像分析等。
频谱分析可以显示声音信号的频谱特征，时间频谱分析可以显示声音信号的时间分布和频率分布，声音图像分析可以显示声音信号的空间分布和频率特征。
在设备动态信号分析中，温度信号和压力信号也是重要的信号类型。
温度信号可以反映设备在运行过程中的温度情况，通过对温度信号的分析，可以评估设备的热平衡状态，指导设备的温度控制和冷却工作。
压力信号可以反映设备在运行过程中的压力情况，通过对压力信号的分析，可以评估设备的液体和气体流动状态，指导设备的压力调节和安全控制。
总之，设备动态信号分析是一种重要的分析方法，可以帮助工程师了解设备的运行状态，及时发现设备存在的问题，预防设备的故障发生，确保设备的正常运行和良好的性能。
未来，随着科学技术的发展和应用需求的增加，设备动态信号分析将得到更广泛的应用和发展，为设备运行和维护提供更有效的技术支持。
振动测试与数据处理总结
振动数据的分析需要专业的知识和技能，同 时数据处理过程较为复杂，需要耗费大量时 间和人力。
未来的发展趋势和展望
智能化数据处理技术
随着人工智能和机器学习技术的发展，未来振动测试与数 据处理将更加智能化，数据处理速度和精度将得到进一步 提升。
多源信息融合技术
通过融合多源信息，如温度、压力等，可以更全面地评估 设备状态，提高故障诊断的准确性和可靠性。
桥梁在车辆、风、地震等外部激励下会产生振动，长期的振动会导致结构的疲劳和损伤。通过在桥梁上安装振动 传感器，可以实时监测桥梁的振动情况，并将数据传输到数据处理中心进行分析。数据处理包括信号处理、特征 提取和模式识别等步骤，以识别出桥梁的损伤位置和程度，为维修和加固提供依据。
案例二：机械设备的振动测试与数据处理
要点一
总结词
要点二
详细描述
机械设备的振动测试与数据处理是预防性维护的重要手段 ，通过对机械设备运行过程中的振动数据进行采集、分析 和处理，可以预测和诊断设备的故障。
机械设备在运行过程中会产生振动，不同部位和不同类型 的振动可以反映设备的运行状态。通过在关键部位安装振 动传感器，可以实时监测设备的振动情况，并将数据传输 到数据处理中心进行分析。数据处理包括信号处理、频谱 分析和模式识别等步骤，以识别出设备的故障模式和程度 ，为维修和更换提供依据。
数据处理方法
利用数学和统计方法对数据进 行处理，提取有用的信息。
数据解释
根据处理后的数据结果，结合 专业知识进行解释和推断。
数据处理方法
滤波处理
去除噪声和干扰，提高数据质量。
频谱分析
将时域信号转换为频域信号，分析信号的频 率成分。
统计分析
振动测试技术学习资料
一、简谐振动有时域测试参数简谐振动中常用的参数为位移、速度、加速度、激振力、振幅和振动频率，其中前五个参数属于时域测试参数。
二、振动测试及信号分析的任务振动测试及信号分析主要有以下五个方面的任务：（1）验证振动理论和计算结果的准确性，也被称为实验验证或工程振动测试中的正问题。
（2）为改进结构优化设计提供充分的实验依据。
（3）查清外界干扰力的激振水平和规律，以便采取措施来减少或控制振动。
（4）检测诊断设备故障。
（5）振动控制。
三、压电式、涡流式及磁电式传感器的机电变化原理。
1、压电式传感器的机电变换原理某些晶体（如人工极化陶瓷、压电石英晶体等）在一定的方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或极化面上将有电荷产生。
这种从机械能（力或变形）到电能（电荷或电场）的变换称为正压电效应。
而从电能（电场或电压）到机械能（变形或力）的变换称为逆压电效应。
因此利用晶体的压电效应，可以制成测力传感器。
在振动测量中，由于F=ma,所以压电式传感器是加速度传感器。
2、电涡流传感器的机电变换原理电涡流传感器是一种相对式的非接触传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中检测转轴的振动测量。
3、电动式（磁电式）传感器的机电变换原理电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感应出电动势，因此利用这一原理而产生的传感器称之为电动式（磁电式）传感器。
它实际上是速度传感器。
四、选择振动传感器的原则选择拾振器类型时，要根据测试的要求（如要求测位移、或测速度、加速度、力等）及被测物体的振动特性（如待测的频率范围，估计的振幅范围等），应用环境情况（如环境温度、湿度、电磁场干扰情况等）结合各类拾振器本身的各项特性指标来考虑。
下列情况可用位移拾振器：（1）位移幅值特别重要时（例如，不允许某振动部件在振动时碰到别的物体，即要求振幅时）。
振动测试与分析报告
振动测试与分析报告摘要：振动测试与分析是一种重要的技术手段，可以用于评估和优化机械设备的性能和可靠性。
本报告通过对某台机械设备的振动测试与分析，探讨其振动特性、故障诊断以及优化方案，为设备运营和维护提供科学依据。
一、引言振动测试与分析在现代机械设备的研发、生产和维护中起着至关重要的作用。
通过监测机械设备的振动信号，可以有效评估其工作状态和性能，并提前发现潜在的故障。
本次振动测试与分析的目的是对某台机械设备的振动特性进行深入研究，以提供相关的优化方案和建议。
二、实验装置及方法本次实验选取了一台工业用离心泵作为研究对象。
实验装置主要由振动传感器、数据采集设备和分析软件组成。
在进行振动测试之前，首先对设备进行了详细的检查和维护，确保设备正常运行。
然后，将振动传感器安装在设备的关键位置，并通过数据采集设备将振动信号采集下来。
三、振动特性分析通过对振动信号进行频域分析和时域分析，可以获得机械设备的振动特性。
频域分析可以将振动信号转换为频谱图，从而确定振动信号的主要频率成分。
时域分析可以获得振动信号的时间变化特征，包括振动的幅值、相位等。
通过对实验数据的分析，我们得到了离心泵在不同工况下的振动特性，并与设备的设计参数进行对比。
四、故障诊断分析振动信号中的异常振动往往与设备的故障有关。
根据振动信号的频谱图和时域特征，可以判断设备是否存在故障，并定位具体的故障位置。
本次实验中，经过振动信号的分析，我们发现离心泵在高速运行时出现了明显的振动异常。
进一步的故障诊断分析表明，该异常是由设备轴承的磨损引起的。
五、优化方案与建议针对离心泵存在的振动问题，我们提出了几种优化方案和建议。
首先，应对设备轴承进行维护和更换，以避免由于磨损而引起的振动问题。
其次，可以通过增加附加的减振装置来减少设备的振动。
此外，优化设备的结构设计和制造工艺也是减少振动的有效手段。
六、结论通过振动测试与分析，我们深入研究了某台离心泵的振动特性以及故障诊断。
《振动测试》实验讲义
实验一 简谐振动幅值测量一、实验目的1.了解振动信号位移、速度、加速度之间的关系。
2.学会用各种传感器测量简谐振动的位移、速度、加速度幅值。
二、实验装置框图简谐振动的位移、速度、加速度幅值测量试验的实验装置与仪器框图见图1-1。
图1-1 实验装置框图三、实验原理在振动测量中，有时往往不需要测量振动信号的时间历程曲线，而只需要测量振动信号的幅值。
振动信号的幅值可根据位移、速度、加速度的关系，用位移传感器或速度传感器、加速度传感器来测量。
设振动位移、速度、加速度分别为x 、v 、a ，其幅值分别为X 、V 、A ：x = Bsin (ωt -ψ) （1）v =dtdy =ωBcos (ωt -ψ) （2） )sin(222ψ--==wt B w dtyd a （3）式中：B 一一位移振幅 ω—振动角频率 ψ—初相位X=B （4） V=ωB=2πfB （5）A=ω2B=(2πf)2B （6）振动信号的幅值可根据式（6）中位移、速度、加速度的关系，分别用位移传感器、速度传感器或加速度传感器来测量。
也可利用动态分析仪中的微分、积分功能来测量。
四、实验方法1、安装激振器把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要超过激振杆上的标识），用专用连接线连接激振器和DH1301扫频信号源输出接口。
2、连接仪器和传感器把加速度传感器安装在简支梁的中部，输出信号接到电荷放大器的输入端，并将电荷放大器的输出接到数采分析仪的1通道。
3、仪器参数设置打开数采仪器的电源开关，开机进入DAS2003数采分析软件的主界面，设置采样率（2kHz）、量程范围，输入加速度传感器的灵敏度。
打开一个窗口，分别显示三个通道的信号。
4、采集并显示数据调节扫频信号源的输出频率，使梁产生振动。
分别调整电荷放大器为加速度、速度、位移状态，同时在窗口中读取当前振动的最大值（位移、速度、加速度）。
5、计算数据与实验数据比较按公式计算位移、速度或加速度值，并与实验数据比较。
振动测试与分析
振动测试与分析引言：在各行各业中，振动测试与分析是一项重要的技术，它可以帮助我们了解各种物体和系统的振动特性，以及找出潜在的问题并提供解决方案。
本文将介绍振动测试与分析的基本原理和方法，以及其在不同领域的应用。
一、振动测试的原理振动测试是通过将传感器安装在被测试物体上，测量物体在振动过程中产生的加速度或速度来获取振动信号。
传感器将振动信号转换为电信号，再经过信号放大和采样，最终得到振动波形。
常用的传感器包括加速度计、速度计和位移传感器。
二、振动测试的方法1.自由激振法：在物体上施加外力进行振动，然后测量物体的振动响应。
这种方法适用于研究物体的振动特性和固有频率。
2.强迫激振法：通过施加特定的激励信号，使物体以特定频率和幅度振动。
这种方法常用于测试物体的耐振性和振动特性。
3.模态分析法：通过激励物体的不同模态形式，测量物体不同模态的振动响应，从而研究物体的模态特性和阻尼特性。
三、振动测试与分析的应用1.机械工程领域：振动测试与分析在机械工程中有广泛的应用。
例如，在汽车工业中，振动测试可以用于测试汽车零件的耐用性和可靠性，预测零件的寿命。
在航空航天领域，振动测试可以用于测试航天器的结构强度和振动特性，以提高飞行安全性。
2.电子工程领域：振动测试与分析在电子工程领域也有重要的应用。
例如，在手机制造业中，振动测试可以用于测试手机零件的质量，确保手机在使用过程中的稳定性和可靠性。
另外，在电子设备的设计中，振动测试可以用于优化电路板的设计，减少振动对电子元器件的损坏。
3.土木工程领域：振动测试与分析在土木工程领域有助于评估建筑物和结构的安全性。
例如，在地震工程中，振动测试可以用于评估建筑物的抗震性能，预测地震情况下的结构变形和破坏程度。
此外，振动测试还可以用于监测桥梁、隧道等工程结构的安全状况。
4.生物医学领域：振动测试与分析在生物医学领域中也有应用。
例如，医学领域中常用的超声波检测技术，就是利用振动信号来获取人体组织和器官的内部信息。
振动测试与动态信号分析
振动测试与动态信号分析
振动测试是一种重要的工程实验，它可以检测、评估和改进系统的性
能和可靠性。
它主要用于监测和评价物体的结构、动力学和耐久性能。
它
也可以用于诊断故障并提出进一步的维护措施。
振动测试和动态信号分析是振动测试的主要方法之一，它是对系统的
动态性能检测和评估的有效手段。
振动测试可以快速和准确地捕捉原始振
动信号，并将它们可视化。
振动测试还可以检测和分析动态响应，从而从
多个角度了解系统的性能和可靠性。
动态信号分析也是技术测试工作的重要组成部分，它将振动信号进行
信号处理，分析系统的动态行为，可反映系统的状态和性能。
通过这种方法，可以诊断故障类型，指导维护策略，确定不良结构性能，验证设计参数，优化运行状态，等等。
它可以通过模拟检测和实验测试相结合的方式
完成，来获得完整的数据分析和诊断结果，以识别和可靠性评估复杂的机
械系统。
动态信号分析是通过复杂的信号处理方法，对原始振动信号进行分析、可视化和诊断，从而对机械系统的性能和可靠性进行评估。
机械结构的动态特性测试与分析
机械结构的动态特性测试与分析引言：机械结构在现代工业中起着不可或缺的作用，从汽车发动机到航天飞行器，从建筑大厦到微型电子设备，都离不开稳定可靠的机械结构。
然而，由于各种因素的影响，机械结构往往存在动态特性，如共振、频率响应等问题，这些问题可能引发机械结构的破坏和故障。
因此，对机械结构的动态特性进行测试与分析变得至关重要。
一、动态特性测试方法1. 振动测试振动测试是评估机械结构动态特性的重要手段之一。
通过在机械结构上施加外力或激励，测量相应的振动信号，可以获取机械结构的共振频率、振动模态等信息。
常用的振动测试方法有自由振动测试和强制振动测试。
自由振动测试是在机械结构未受到任何外力干扰时的振动行为。
通过激励结构，记录下结构在自由振动过程中的振动信号，再经过数据处理和分析，可以得到机械结构的频率响应曲线和模态参数。
强制振动测试是施加外力或激励至机械结构后的振动行为。
通过在结构上施加单频、多频或随机激励信号，测量在不同激励下结构的振动响应，并进行数据处理和分析，可以研究机械结构的频率响应特性、传递函数等。
2. 声学测试声学测试是利用声波的传播和反射特性，测试和分析机械结构的动态特性。
常用的声学测试方法有声传递函数测试、声发射测试和声发射瞬变测试。
声传递函数测试是通过测量机械结构入射声波信号和反射声波信号之间的幅度和相位差，推断机械结构的振动特性和传递函数。
声发射测试是用于检测机械结构内部缺陷和损伤的方法。
通过在机械结构上施加外力或激励，并用传感器实时测量结构表面的声发射信号，再通过信号处理和分析，可以判断出机械结构的缺陷和故障。
声发射瞬变测试是在机械结构的工作状态下，测量由于结构内部应力变化引起的瞬态声发射信号，从而判断机械结构的动态特性和工作状态。
二、动态特性测试与分析的意义1. 提高机械结构的可靠性与安全性通过对机械结构的动态特性进行测试和分析，可以了解结构共振频率、振动模态等参数，从而避免结构受到共振现象的影响。
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有效值（均方根值） 总体有效值 x lim 1
rms T
T
T
0
x 2 (t )dt
样本有效值 xrms 离散数据序列 总体有效值 xrms
1 T
T
0
x 2 (t )dt
N
1 lim N N
1 N
N
2 x i i 1
样本有效值
x rms
2 x i i 1
数据采集：将连续时间信号转变为离散 数字信号的过程称为数据采集。 数据采集的方法：采样、量化 — 模数转 换（A/D转换） A/D转换产生的问题：频率混迭（偏度误 差）、信号噪声比（随机误差）。 解决或减小误差的方法：抗混滤波、充 分利用A/D转换器的动态范围。
信噪比（ SNR ）：信号功率与噪声功率 之比。用来衡量量化误差的大小，可作 为反映量化过程的主要精度指标。 动态范围（DR）：可测试的最大信号与 分辨率之比，通常用分贝（dB）表示。 A/D 转换器的动态范围 DR 与 A/D 转换位 数N的关系： DR 20 lg 2 N 如N=12，DR≈72 dB
x
1 T
T
0
[ x (t ) x ]2 dt
对离散数字信号序列 N 1 2 lim ( x ) 总体方差 i x x N N
2
i 1
样本方差
x
2
1 N
2 ( x ) i x i 1
N
方差反映了信号在中心位置上的波动程度。
方差反映了信号在中心位置上的波动程 度
功率谱密度的另一种定义 相关函数的傅立叶变换
S x ( ) Rx ( )e j d
R x ( ) 1 2
S x ( )e j d
维纳—辛钦定理
功率谱密度的估计
由功率谱密度的定义及其与均方值的关系
1 ˆ Gxx ( f ) BeT
信号分析
1． 幅值域分析：有效值、峰值、平均值 （对随机信号 均值、方差，概率密度和 概率分布函数）。 峰值：动态信号时间历程中瞬时绝对值 的最大值 x p x(t ) max 对简谐振动来讲，用峰值描述是恰当的。
x(t ) A sin t
，。
xp A
平均值 1 T 总体平均值 x lim x (t )dt T T 0 1 T x x (t )dt 样本平均值 T 0
均方值（有效值的平方）反映了信号动态 与静态总的平均能量水平
时域分析
相关函数分析 信号的自相关函数是描述一个时刻与另一 个时刻的取值之间的依赖关系 时延分析
频谱分析
（自）功率谱密度函数，互功率谱密度 函数（多通道），频响函数分析。 对振动、冲击等快变物理量，测试所得 的随时间变化的信号（时间历程）不足 以描述信号本身的特征，而有效值、峰 值等参数反映的信息量又太少 频谱分析：将在时间域变化的信号变换 为在频（率）域中有效值或均方值随频 率的分布
带阻滤波器
动态信号分析
工程上通过测试得到的振动信号通常是 时间历程（时域信号），即振幅随时间 变化的序列（或函数）
Байду номын сангаас
从观测领域的不同，对信号特征进行分 析的方法主要有三种：幅值域、时（间） 域、频（率）域
把复杂的时间历程波形经过傅立叶变换 分解为若干单一的谐波分量进行研究， 以获得信号的频率结构 — 频谱（各谐波 分量的幅值和相位信息）。 频率分析是动态信号分析的基本方法和 手段。 谱分析包含线性谱分析（对确定性信号） 和均方谱分析，即功率谱密度分析 （PSD）。 线性谱（幅值谱）：可直接由 FFT 得到。 快速傅立叶变换（FFT）
振动测试与动态信号分析
动态测试：由传感器测得这些非电物理量并 转变为电信号，然后经过信号放大、滤波等 适调环节，对信号作适当调节，对测试结果 进行显示、记录的过程。 模拟信号：工程中的动态物理量都是随时间 变化的，相应的连续时间信号称为模拟信号。 数字信号：由模拟信号转换得到的离散数字 序列。其特点是便于存储、处理。 数字信号是模拟信号在一定条件下的近似表 示。
频率分析
功率谱密度
2 1 lim X T ( ) 定义： S ( ) ES ( , x T T
功率谱密度反映了随机过程统计参量均方 值在频域上的分布。 x的傅立叶变换。 (t ) X T ( ) 是信号
1 x (t ) 2
2 2 1 lim X T ( ) d T T
对离散数字序列 总体均值 样本均值
1 x lim N N 1 x N
N
x
i 1 i
N
i
x
i 1
均值反映信号中心位置和变化的平均水平。
均值和峰值不能反映信号在中心位置上 下波动的情况。
方差 总体方差 样本方差
x
2
1 lim T T
2
T
0
[ x (t ) x ]2 dt
通过低频信号而衰减抑制高频信号。其 截止频率定义为当增益因子下降为最大 值的0.707时的频率
低通滤波器
抗混滤波器
抗混滤波器通常要求的指标为 l 过渡带衰减斜率≤-80～-120dB/Oct l 阻带衰减≥75～80dB l 通带波纹度≤±0.5～±0.1dB
高通滤波器
带通滤波器
频谱分析的基本方法：（快速）傅立叶 变换（FFT）。 频谱分析的主要误差： 泄露（偏度误差） 原因—有限长截断造成 减小的方法—加窗函数 随机误差：减小的方法—多次平均
数据采集
滤波器
滤波器是具有一定传递特性的信号变换 电路。它可以使某些特定频率的信号通 过而阻止或衰减其他频率的信号。能通 过滤波器的信号频率范围称为滤波器的 通带；不能通过的信号频率范围称为阻 带。通带与阻带之间：过渡带。 理想滤波器的传递特性：通带内传递特 性为1，阻带内传递特性为0； 理想滤波器在物理上无法实现。 实际滤波器通常是分别对阻带、通带及过 渡带传递特性提出一定要求，使之接近 理想滤波器的传递特性