振动测试数据处理方法的应用分析

振动测试数据处理方法的应用分析

【摘要】采用电测法对产品进行振动的加速度测量，通过FFT方法进行时域—频域的转换，运用加速度与位移之间积分的关系，将加速度值转换为位移值，试验证明该方法行之有效。

【关键词】振动测量；FFT；位移转换

0.绪论

根据要求需对产品进行整机振动测量，准确掌握改产品的振动状态和振动特征。本文详细阐述了振动测试及信号分析技术，介绍了一种用加速度传感器测量振动位移信号的方法。即采用FFT方法进行加速度与位移相互转换的方法，将加速度谱转换成位移谱，以达到对位移的测量。

1.振动测试系统基本结构与组成

机械振动参数可以用电测法、机械法、光学法等进行振动测量。目前电测法应用广泛，电测法是将工程振动的参量转换为电信号，经电子线路放大后显示和记录。它与机械式和光学式的测量方法比较，有以下几方面的优点：

（1）具有较宽的频带。

（2）具有较高的灵敏度和分辨率。

（3）具有较大的动态范围。

（4）振动传感器可以做得很小，以减小传感器对试验对象的附加影响，还可以做成非接触式的测量系统。

（5）可以根据被测参量的不同来选择不同的振动传感器。

不同测量方法的物理性质虽然各不相同，但是组成的测量系统基本相同，它们都包含传感器、测量放大电路和显示记录三个环节。电测法测量系统图见图1所示。

机械振动参数的测量，是对运行状态下的机械振动进行测量和分析，以期获得振动体的振动强度——振级和有关信息。因为振动体上某一点的振动可以用振动位移、速度或加速度对时间的历程来描述，而且三者之间存在着简单的微分和积分的关系，因此，只要测得其中的一个，就可以通过未分、积分电路获得另外两个参数。

2.振动测试系统组成

振动测量主要依靠传感器，通过振动传感器实现机械振动信号转化为电信号，再应用振动采集处理系统采集电压信号。振动测试系统框图见图2

采用的传感器是内置集成电路的压电传感器。与前置放大器的压电传感器相比，它可以克服灵敏度受电缆分布电容的影响、产生电缆噪声缺点。

3.振动数据采集与分析处理

3.1 系统软件

系统测试和分析软件采用和采集系统相配合的软件。振动信号经过数据采集卡转换为离散数字信号，对采集信号进行功率谱分析。

3.2 采样频率

根据奈奎斯特采样定理，采样频率至少应大于信号中最高频率分量的2倍波形不失真。在实际试验中，为避免频率混叠现象，采样频率选择信号最高频率分量的5倍。

3.3 数据分析处理

对采集到的原始信号，我们从直观上可以了解一部分信息，但这部分信息远远不能满足振动分析及解决问题的需要，大部分我们所需要的信息不能从原始信号上直接获得，必须做进一步加工和处理，通过分析处理找出最有代表性的信息。由于采集信号的特性不同，要解决的工程问题也不尽相同，因此，数据的分析处理方法也不同。归纳起来，可以在时域、频域、幅值域内分别对测试数据进行分析和处理。而且这三域之间是可以互相转换的。

3.4误差分析

频域积分误差相对时域积分误差会小很多，但会出现相位误差的问题，如果我们侧重考虑振动的幅值，而对相位不那么关注的话，频域积分可以说不失为一种不错的方法。

4.结束语

FFT方法是一种有效的加速度、速度与位移的相互转换方法，它克服了时域积分的弊端和限制，可以在较宽的频率范围内进行信号的转换，测得精度较高的转换结果。

【参考文献】

[1]宋兆泓，李其汉.发动机强度振动测试技术，国防工业出版社.

[2]闻邦春，刘凤翘.振动机械的理论及应用，机械工业出版社.

[3]张宝诚.航空发动机试验振动和测试系统，北京航空航天大学出版社.