基本振动参数的测量及模拟平稳信号分析
振动测试技术分析报告
文件编码：版本：密级：生效日期：页数：页振动测试技术分析报告拟制：__ ___ __ ___ 日期：_ 审核：___________________ 日期：__________ 批准：__ ___ __ ___ 日期：_目录1、目的 (3)2、参考标准 (3)3、术语解释 (4)4、振动测试简介 (9)4.1.振动测试必要性 (9)4.2.振动引起失效模式 (10)5、振动测试项目 (11)6、正弦振动试验 (11)6.1.正弦振动试验目的 (11)6.2.正弦振动应力参数 (11)6.3.正弦振动试验条件 (12)6.4.正弦振动试验标准 (13)7、随机振动试验 (16)7.1.随机振动试验目的 (16)7.2.随机振动应力参数 (16)7.3.随机振动试验条件 (21)7.4.随机振动试验标准 (21)8、振动台简介 (23)8.1.机械式振动台 (23)8.2.电磁式振动台 (24)8.3.液压式振动台 (26)8.4.振动台选取 (28)振动测试技术分析报告1、目的分析振动对产品可靠性的影响，评估导入振动测试的必要性；介绍振动测试的定义、测试方法以及相关标准；为环境可靠性测试体系中振动测试规范的制订提供依据；2、参考标准GB10593.3-90电工电子产品环境参数测量方法振动数据处理和归纳GB10593.1-89电工电子产品环境参数测量方法振动GB05170.14-1985电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动(正弦)试验用电动振动台GB05170.15-2005-T 电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动（正弦）试验用液压振动台GB05170.13-2005-T 电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法振动（正弦）试验用机械振动台GB02423.56-2006-T 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fh：宽带随机振动(数字控制)和导则GB02423.49-1997-T 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fe：振动-正弦拍频法GB02423.48-1997-T 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ff：振动-时间历程法GB02423.11-1997-T 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fd：宽频带随机振动一般要求GB02423.10-1995-T 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc和导则：振动（正弦）3、术语解释3.1.通用术语●位移displacement：表征物体或质点相对于某参考系位置变化的矢量。
物理实验技术中的振动信号处理方法与技巧
物理实验技术中的振动信号处理方法与技巧振动信号是物理实验中常见的一种信号，它包含了丰富的物理信息。
在物理实验中，如何正确有效地处理振动信号，对于研究现象、分析数据以及获得准确结果至关重要。
本文将介绍几种常用的振动信号处理方法与技巧，帮助实验人员充分利用振动信号的信息。
一、去噪方法与技巧在实验中，振动信号常常受到各种干扰，如电磁干扰、机械噪声等，这些干扰会降低信号的质量。
为了保证振动信号的准确性，必须对其进行去噪处理。
1.数字滤波器数字滤波器是一种常用的去噪方法。
常见的数字滤波器有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
低通滤波器可以过滤高频噪声，而高通滤波器则可以过滤低频噪声。
根据实验需求选择合适的滤波器，可以有效去除噪声。
2.小波变换小波变换是一种时频分析方法，可以将信号分解为不同频率的小波子信号。
通过选择合适的小波基函数和尺度，可以将噪声与信号有效分离，从而去除噪声。
小波变换在去噪中具有一定的优势，尤其适用于非平稳信号。
二、频域分析方法与技巧频域分析是振动信号处理中的一个重要步骤，它可以将时域信号转换为频域信号，进一步分析信号的频率成分、幅度、相位等信息。
1.傅里叶变换傅里叶变换是频域分析的基础方法之一，它可以将信号在时域和频域之间进行转换。
实验人员可以通过傅里叶变换得到信号的频谱图，进而分析信号的频率成分。
傅里叶变换的优点是简单易懂，但在处理非平稳信号时存在一定局限性。
2.短时傅里叶变换短时傅里叶变换是一种改进的傅里叶变换方法，可以处理非平稳信号。
它将信号分成若干小段，在每一段上进行傅里叶变换，然后通过描绘频率随时间变化的谱图来揭示信号的时频特性。
短时傅里叶变换在振动信号分析中应用广泛。
三、谐波分析方法与技巧谐波分析是对振动信号进行频域分析的一种方法，它可以分析信号中不同频率的谐波成分，揭示信号的特征和规律。
1.快速傅里叶变换快速傅里叶变换是一种高效的频域分析方法，可以快速计算信号的频谱。
通过快速傅里叶变换，可以快速得到信号中各个频率的幅度和相位信息，进而分析信号中的谐波成分。
工程振动测试技术05第5章数字信号分析1傅里叶分析课件
来分离噪声。
5、倒频谱分析
倒频谱定义为功率谱函数的对数logGxx(f) 的功 率谱。若时间历程函数为x(t)，则倒功率谱为
lim 1
Gxx( f ) f
1 T T
T 0
x2 (t, f , f )dt
an
bn
2f1
傅里叶系数图
根据欧拉公式
ei2πnf1t cos 2πnf1t j sin2πnf1t
e j2πnf1t cos 2πnf1t j sin2πnf1t
得
e e j 2πnf1t
j 2πnf1t
sin2πnf1t
2
e e j 2πnf1t
j 2πnf1t
cos 2πnf1t
Cx ()
log Gxx( f
)e j2πfdf
2
若利用功率谱密度函数还不能把有关信号分析出 来，则对功率谱密度函数再作一次谱分析，就能把有 关信号分离出来，这就是倒频谱分析。
修理前、后的振幅谱 修理前、后的倒频谱
某机器的齿轮箱修理前后的振幅谱有一定差别， 但不突出，特性不明显。但倒频谱中可看到修理后， 振动信号大幅度地变小了。
傅立叶积分可看作傅立叶级数的推广，是非周期函数
在无限区间上的分解，得到的频率分量是连续频谱。
5.3 有限离散傅立叶变换
周期函数的傅里叶级数展开为
x(t ) X (nf1)e j2nf1t n
傅里叶变换对
1
X (nf1) T
T x(t)e dt j2nf1t
0
非周期函数的傅里叶积分为
x(t ) X ( f )e j2πftdf
振动平衡实验报告怎么写
振动平衡实验报告怎么写振动平衡实验报告是对振动平衡实验的目的、原理、装置和步骤、数据处理和分析以及结论等方面进行详细描述和分析的一篇报告。
为了帮助您完成这样的报告，以下是一个参考答案。
一、实验目的：1. 了解振动平衡实验的基本原理；2. 学习使用实验仪器，进行振动平衡实验；3. 掌握实验数据的测量和处理方法，分析振动平衡的结果。
二、实验原理：1. 振动平衡的概念：当物体发生振动时，如果物体的振幅、频率和相位等参数恒定，即形成一种平衡状态，这种振动称为振动平衡；2. 实现振动平衡的条件：振动系统的阻尼力、弹簧的劲度系数、质量等因素之间的平衡；3. 振动平衡实验装置：实验装置包括实验台、质点、弹簧和质量块等。
三、实验装置和步骤：1. 实验装置：将质点挂在弹簧上，保证弹簧可以在竖直方向上自由伸缩；2. 实验步骤：(1) 首先确定弹簧的劲度系数k；(2) 在质点上加上一定的质量，并将质点从平衡位置拉出一定的距离，然后释放质点，记录下质点的振幅；(3) 重复实验多次，记录下不同质量下质点的振幅；(4) 根据实验数据，计算出质点的谐振角频率和周期。
四、数据处理和分析：1. 根据实验结果绘制振幅和质量之间的关系曲线；2. 通过拟合曲线求出振幅和质量的关系函数；3. 根据振幅和质量的关系函数，计算出质量为零时的振幅的理论值；4. 比较实验值和理论值，分析振动平衡是否实现。
五、结果和讨论：1. 根据实验数据的测量和分析，得出振动平衡实验的结果；2. 结果分析：如果实验值和理论值相差较小，说明振动平衡实验的结果较准确；3. 讨论：对于实验结果的有效性和误差来源进行分析和讨论；4. 结论：对实验结果进行总结，明确实验所得结果是否符合实验目的。
在撰写实验报告时，要注意使用科学、规范和准确的语言描述实验过程、数据处理和分析，并以合理的结构和清晰的逻辑组织报告内容，使读者能够清楚地理解实验目的、原理和结果。
同时，还应在报告中提出进一步完善实验和改进实验方法的建议，以及对实验中存在的问题和困难进行探讨和解决方案的提出。
汽车发动机的振动分析
汽车发动机的振动分析汽车作为现代社会中不可或缺的交通工具，其发动机的性能和稳定性至关重要。
而发动机的振动问题，不仅会影响到驾驶的舒适性，还可能对发动机的零部件造成损害，缩短其使用寿命。
因此，对汽车发动机的振动进行深入分析具有重要的现实意义。
首先，我们需要了解汽车发动机振动产生的原因。
发动机内部的燃烧过程是产生振动的主要源头之一。
在每个工作循环中，燃油在气缸内燃烧，产生的爆发力推动活塞运动。
这种爆发力并非均匀且持续的，而是瞬间的、脉冲式的，从而导致了活塞、连杆等部件的往复运动产生振动。
其次，机械部件的不平衡也是引起振动的重要因素。
例如，曲轴的质量分布不均匀，旋转时就会产生离心力，导致振动。
同样，飞轮、皮带轮等部件如果存在制造或安装上的偏差，也会引起不平衡振动。
另外，气门的开闭动作、配气机构的运动以及传动系统的齿轮啮合等，都会产生一定的振动。
而且，发动机与车架之间的连接方式和支撑结构的刚度不足，也会使得发动机的振动传递到车身，进一步放大振动的影响。
那么，如何对汽车发动机的振动进行测量和分析呢？常见的方法有使用加速度传感器。
这些传感器可以安装在发动机的不同部位，如缸体、缸盖、曲轴箱等，测量振动的加速度信号。
通过对这些信号进行采集和处理，可以得到振动的频率、幅值等特征参数。
频谱分析是一种常用的处理振动信号的手段。
它可以将复杂的振动信号分解为不同频率的成分，帮助我们找出主要的振动频率和对应的振源。
例如，如果在频谱中发现某个特定频率的振动幅值较大，就可以通过分析发动机的结构和工作原理，判断该频率可能与哪个部件的运动相关。
除了频谱分析，时域分析也是重要的方法之一。
通过观察振动信号在时间轴上的变化，可以了解振动的趋势和周期性。
此外，还可以使用模态分析技术，确定发动机结构的固有振动特性，如固有频率和振型，从而为优化设计提供依据。
对于汽车发动机的振动控制，有多种策略可以采用。
在设计阶段，可以通过优化发动机的结构来减少振动的产生。
平稳和非平稳振动信号的处理方法综述
平稳和非平稳振动信号的处理方法周景成（东华大学机械工程学院，上海 201620）摘要：本文主要综述了当前对于平稳和非平稳振动信号的处理方法及其优缺点，同时列举了目前振动信号处理的研究热点和方向。
关键词：稳态非稳态振动信号处理；方法；优缺点。
1．稳态与非稳态振动信号的界定稳态振动信号是指频率、幅值和相位不变的动态信号，频率、幅值和相位做周期性变化的信号称为准稳态信号，而对于频率、幅值和相位做随机变化的信号则称为非稳态信号。
2. 稳态或准稳态振动信号的主要处理方法及其优势与局限对于稳态振动信号，主要的分析方法有离散频谱分析和校正理论、细化选带频谱分析和高阶谱分析。
对于准稳态信号主要采用的是解调分析。
对于非稳态振动信号主要采用加Hanning窗转速跟踪分析、短时傅里叶变换、Wigner-Ville 分布和小波变换等。
对于任一种信号处理方法都有其优势和劣势，没有完美的，具体在工程实际中采用哪一种分析方法得看具体的工程情况而定，不能一概而论。
2. 1 离散频谱分析与校正离散频谱分析是处理稳态振动信号的常用方法，离散频谱分析实现了信号从时域到频域分析的转变。
FFT成为数字信号分析的基础，广泛应用于工程技术领域。
通过离散傅里叶变换将振动信号从时域变换到频域上将会获得信号更多的信息。
对于这一方法，提高信号处理的速度和精度是当下两个主要的研究方向。
由于计算机只能对有限多个样本进行运算，FFT 和谱分析也只能在有限区间内进行，这就不可避免地存在由于时域截断产生的能量泄漏，离散频谱的幅值、相位和频率都可能产生较大的误差，所以提高精度成为近一段时间主要的研究方向。
上世纪70年代中期，有关学者开始致力于离散频谱校正方法的研究。
目前国内外有四种对幅值谱或功率谱进行校正的方法：(1)比值校正法(内插法)；(2)能量重心校正法；(3)FFT+FT谱连续细化分析傅立叶变换法；(4)相位差法。
四种校正方法的原理和特点见表1[1].从理论上分析，在不含噪声的情况下，比值法和相位差法是精确的校正法，而能量重心法和FFT+FT谱连续细化分析傅立叶变换法是精度很高的近似方法。
振动测量的实验报告
振动测量的实验报告1. 实验目的本实验的目的是通过使用振动传感器对不同振动源进行测量，了解振动信号的特点和测量方法，掌握实际振动信号的处理和分析技巧。
2. 实验装置和原理实验装置由振动传感器、信号调理器和示波器组成。
振动传感器可以将物体的振动信号转化为电信号；信号调理器可以对电信号进行放大和滤波处理；示波器可以将电信号转化为可视化的波形图。
振动信号的频率可以通过示波器的设置进行调整，以便观察不同频率下的振动信号。
3. 实验步骤1. 将振动传感器固定在实验台上，并接上信号调理器。
2. 将示波器与信号调理器连接，确保信号传输畅通。
3. 打开示波器，在示波器上设置合适的时间基和电压基准，以确保波形信号清晰可见。
4. 将振动传感器放置在不同的振动源旁边，观察示波器上所显示的振动信号波形。
5. 改变示波器的设置，调整不同的频率，观察波形信号的变化。
4. 实验数据记录与分析在实验中，我们观察到了来自不同振动源的振动信号，并记录了对应的波形数据。
通过对波形数据的分析，我们得到了以下结论：1. 振动信号的幅值和频率之间存在一定关系，随着频率的增加，波形信号的幅值减小。
2. 振动信号的频率越高，波形信号越接近正弦波。
3. 不同振动源产生的振动信号具有不同的频率特征，可以通过观察波形图来比较不同振动源之间的差异。
5. 实验结果讨论本次实验通过振动传感器测量了不同振动源产生的振动信号，并对波形信号进行了观察和分析。
实验结果表明振动信号的幅值和频率存在一定的关系，并且不同振动源产生的振动信号具有不同的频率特征。
这些结果对于振动信号的处理和分析具有一定的参考价值。
6. 实验总结通过本次实验，我们掌握了振动测量的基本原理和方法，并通过实际操作对振动信号的特点和测量方法有了更深入的了解。
实验结果和数据分析验证了振动信号的特性，并对实际振动信号的处理提供了指导。
在今后的研究和工程应用中，振动测量将具有重要的应用价值。
振动测量技术-振动信号的频谱分析振动
振动测量技术-振动信号的频谱分 析振动
5.1.2 振动测量系统
1.振动测量方法分类 振动测量方法按振动信号转换的方式可分为
电磁式 激振器
交变电流通至电磁铁的激振线圈，产生周期性的 交变吸力，作为激振力
用于非接触激振，频率范围宽、 设备简单，振动波形差，激振 力难控制
电液式 激振器
用小型电动式激振器带动液压伺服油阀以控制油 缸，油缸驱动台面产生周期性正弦波振动
激振力大，频率较低，台面负 载大，易于自控和多台激振， 设备复杂
(2) 激振器 激振器是对试件施加某种预定要求的激
振力，使试件受到可控的、按预定要求振动 的装置。为了减少激振器质量对被测系统的 影响，应尽量使激振器体积小、重量轻。表 5.3列举了部分常用的激振器。
振动测量技术-振动信号的频谱分 析振动
表5.3 部分常用的激振设备
名称
工作原理
适用范围及优缺点
永磁式电 动激振器
振动测量技术-振动信号的频谱分 析振动
(3) 振动分析仪器
从拾振器检测到的振动信号和从激振点检测到的力信号 需经过适当的分析处理，以提取出各种有用的信息。目 前常见的振动分析仪器有测振仪、频率分析仪、FFT分 析仪和虚似频谱分析仪等。
1.测振仪 2.频率分析仪 3.FFT分析仪 4.虚拟频谱分析仪
振动测量技术-振动信号的频谱分 析振动
2. 电测法振动测量系统
干扰
激振
系统
测振传感器
中间变换电 路
信号发生器 功放
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工程振动与测试
2、时基信号发生器； 基本功能：产生的基准振荡
信号，形成脉冲信号（7），当脉 冲信号通过与门电路时，计数器 计算出一个振动周期内脉冲信号 的个数（6），再计算出频率；
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工程振动与测试 3、显示部分。
基本功能：将振动频率以数字方式在数码管、液 晶管上显示出来。
两个同频率简谐振动信号合成李萨如图形
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工程振动与测试
李 萨 如 图 形
•精度主要取决于信号发生器的频率精度。
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fy 2 fx 1
fy 2 fx 1
示波器
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fy 4 fx 3
fy 8 fx 5
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工程振动与测试 （2）调节干扰力频率的方法 （i）激振力法
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工程振动与测试
应注意的问题：
由于强迫振动方程的解为
x xm sin(t )
其中
tg
2 1 2
xm
xst (1 2 )2 422
则速度幅值和加速度幅值应为
xm
优点：方法比较简便；
缺点：振动波形衰减太快。
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工程振动与测试
二、强迫振动法 利用共振的特点来测量机械系统的固有频
率的方法称为强迫振动法，也叫共振法。 （1）调节转速的方法
发生共振时的转速叫做临界转速，根据临界转速
和固有频率的关系 系统的固有频率。
fn
nc 60
，就可以计算出机械
1 nT0
1 n
f0
其中，
f0
1 T0
为时标信号的频率，一般选取
n=5～10，便可得到较准确的结果。
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工程振动与测试
光线示波器的结构及工作原理示意如图
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工程振动与测试
光线示波器 主要组成部分为：（1）振子（惯性式加速度关系）。 （2）光学杠杆放大系统。（3）时间基准系统。（4） 分格线系统。（5）记录纸传动系统 （6）其它，如记 录长度控制、多通道记录分辨、遥控系统、电源等。
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工程动与测试
三、直接测频法 直接测频法是使用频率计数器直接测定简谐波
形电压信号的频率或周期的一种方法。
① 衰减与 ② 限幅 ③ 微分 ④ 双稳态 ⑤
⑥
放大器 电路
电路 触发电路
与门电器
⑦
时基信号
(1)
发生器
数字显示 计算电路
(2)
(3) (4) (5) (6) (7)
频率计
缺点：它在累计时基信号的脉冲个数时总要引起一 个脉冲的绝差误差。只有增加被测信号周期内的时 基信号脉冲个数，才能降低它的相对误差值。
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工程振动与测试
13.2 机械系统固有频率的测量 确定机械系统的固有频率，往往是一项很重要 的工作。 一、自由振动法。 自由振动法测量机械系统的固有频率，一般都 是系统的最低阶固有频率。
xst (1 2 )2 422
xm
xst 2 (1 2 )2 422
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工程振动与测试
极大值频率分别由以下关系式求出，即由
dxm 0
d
dxm 0
d
dxm 0
d
得
fx
f
2 n
n2
(2 )2
f x f n
fx fn
1
1
n2
(2 )2
f
2 n
所以应用共振法求共振频率fn时应注意测量信号 的选择，一般选速度信号为好。
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仪器由三部分组成： 1、计数部分； 2、时基信号发生器； 3、显示部分。
工程振动与测试
1、计数部分； 它包括衰减与放大器、限
幅电路、微分电路及双稳态触 发电路等。
基本功能：将被测正弦信 号变成矩形脉冲信号，如图中 第5个波形。
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第13章 基本振动参数的测量及模拟平稳信号分析
基本振动参数的测量: 1、简谐振动的频率的测量 2、简谐振动的振幅的测量 3、两个同频简谐振动相位差的测量 4、衰减系数的测量 5、用光学原理对振幅的测量 6、模拟平稳信号分析简介
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工程振动与测试
13.1 简谐振动频率的测量 一、李萨如图形比较法
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工程振动与测试 13.3 简谐振动幅值的测量
一、指针式电压表直读法
指针式电压表是一台交流电压表，它有三种不同的 检波电路，使得电表指针的偏转分别与被测信号的平 均绝对值、峰值或有效值成正比。从而构成了三种不 同的电压表，测出三种不同的振动参数数值。
初位移法示意图
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敲击法示意图
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• 冲击脉冲的频率谱是连续的，但只有在与机械 系统的固有频率相同时，相应的频率分量才对此 机械系统起作用，它将激励机械系统以其自身的 低阶固有频率作自由振动。
由于
d
2 n
n2
是自由振动法得到的系
统固有频率，略小于实际的固有频率。
运动方向相互垂直的两个简谐振动的合成运动轨迹， 称为李萨如（Lissajous）图形，假设在示波器的x轴 和y轴同时输入两个电压信号
李萨如图形测 频的实验框图
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工程振动与测试
x Xm sin( xt ) y = Ym sin yt
当 m y nx 时
其中m与n是正整数 总能形成一个稳定 的图形。此图形即 为李萨如图形。
李萨如图形
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二、记录图形比较法 将被测振动信号和时标脉冲信号同时记录，
然后根据记录的振动波形和时标信号两者之间 的周期比测定被测振动波形的频率。
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记录图形比较方法
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若量出被测信号在周期T长度中的时标脉冲数n，
则被测振动信号频率为：
f
1 T
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（ii）牵连惯性激振力法
将整个机械系统（模型）安装在振动台台面上。 振动台工作时，并使被测系统产生牵连惯性力并作 强迫振动。改变振动台位移的频率而幅值不变，利 用共振法就可测出系统的固有频率。
电动式振动台
除此方法外，还有晶体激 振，声波激振等。
用强迫振动法只可测得前 几阶固有频率，若得到更高阶 的固有频率，可应用实验模态 分析法。