004,振动信号的采集与预处理
随机振动分析报告
随机振动分析报告1. 引言随机振动是振动工程中的重要研究领域，对于各种结构和系统的设计与分析都具有重要的意义。
本文将介绍随机振动分析的基本概念、方法和步骤，并通过一个示例来说明如何进行随机振动分析。
2. 随机振动的基本概念随机振动是指在一定时间范围内，振动信号的幅值和频率是不确定的、随机变化的。
随机振动的特点是无法通过确定性的数学模型来描述，因此需要采用统计方法进行分析。
3. 随机振动分析的步骤随机振动分析的基本步骤包括：信号采集、数据预处理、频谱分析、统计分析和模型建立等。
3.1 信号采集随机振动信号的采集可以通过传感器等设备进行。
采集到的信号需要进行滤波和采样处理，以便后续分析。
3.2 数据预处理在进行频谱分析和统计分析之前，需要对采集到的数据进行预处理。
常见的预处理方法包括去除噪声、补充缺失数据和归一化处理等。
3.3 频谱分析频谱分析是对随机振动信号进行频域分析的方法。
通过对信号的频谱特性进行分析，可以了解信号的频率分布和主要频率成分。
3.4 统计分析统计分析是对随机振动信号进行统计学特征分析的方法。
常见的统计分析方法包括均值、方差、自相关函数和互相关函数等。
3.5 模型建立通过对随机振动信号的分析，可以建立相应的数学模型，用于预测和仿真。
常见的模型包括自回归模型和自回归移动平均模型等。
4. 示例：汽车发动机的随机振动分析以汽车发动机的随机振动分析为例，介绍随机振动分析的具体步骤。
4.1 信号采集使用加速度传感器对汽车发动机进行振动信号的采集。
将传感器安装在发动机的合适位置，以获取准确的振动信号。
4.2 数据预处理对采集到的振动信号进行滤波和采样处理，去除噪声和不必要的频率成分，并将信号进行归一化处理。
4.3 频谱分析将预处理后的振动信号进行频谱分析，得到信号的频谱特性。
可以使用FFT算法将信号从时域转换为频域，并绘制频谱图。
4.4 统计分析对频谱分析得到的数据进行统计分析，计算信号的均值、方差和自相关函数等统计学特征。
振动信号诊断系统课程设计
振动信号诊断系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解振动信号的物理意义，掌握振动信号的采集、处理和分析方法。
2. 学习振动信号诊断系统的基本构成，了解各部分功能及相互关系。
3. 掌握运用振动信号诊断系统对简单机械故障进行判断和分类。
技能目标：1. 能够正确使用振动信号采集设备，进行数据采集和初步处理。
2. 能够运用信号处理软件对振动信号进行分析，提取故障特征。
3. 能够根据振动信号的诊断结果，提出合理的维修和改进建议。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对振动信号诊断系统的兴趣，激发学习热情，增强探索精神。
2. 培养学生的团队合作意识，学会在团队中分工合作，共同完成项目任务。
3. 培养学生严谨的科学态度，注重实际操作，养成良好的实验习惯。
课程性质：本课程为实践性课程，注重理论联系实际，通过实际操作和案例分析，使学生掌握振动信号诊断系统的基本原理和方法。
学生特点：学生具备一定的物理知识和实验操作能力，对新技术和新设备充满好奇，喜欢动手实践。
教学要求：结合学生特点，以实践为主，注重启发式教学，引导学生主动参与，提高学生的动手能力和实际问题解决能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 振动信号基础知识：介绍振动信号的物理概念、振动信号的类型及其在工程中的应用。
教材章节：第一章 振动基础内容列举：振动信号的分类、振动信号的时域和频域分析。
2. 振动信号采集与处理：讲解振动信号的采集方法、传感器原理及信号处理技术。
教材章节：第二章 振动信号的采集与处理内容列举：振动传感器、数据采集系统、信号预处理方法、特征提取技术。
3. 振动信号诊断系统：介绍振动信号诊断系统的构成、各部分功能及其在实际工程中的应用。
教材章节：第三章 振动信号诊断系统内容列举：诊断系统的基本构成、常见故障类型及其振动特征、故障诊断方法。
4. 实践操作与案例分析：通过实际操作和案例分析，使学生掌握振动信号诊断系统的应用。
轨道车辆振动测试方案
轨道车辆振动测试方案1. 简介随着城市化的加速和高速铁路的发展，轨道车辆的使用越来越广泛。
在长时间、高速、重载等复杂工况之下，轨道车辆承受着各种不同的振动，对其动力学分析和结构稳定性的评估成为一项重要的任务。
本文将介绍使用加速度计和数码示波器对轨道车辆振动进行测试和分析的方案。
2. 测试装置与方法2.1 测试装置本测试方案需要的测试装置有加速度计和数码示波器。
其中，•加速度计：用于测量轨道车辆在运行过程中的振动加速度信号，推荐型号为PCB Piezotronics 333B50。
•数码示波器：用于对从加速度计测出的振动信号进行采集和处理，推荐型号为Tektronix MSO5B2G。
2.2 测试方法1.将加速度计与轨道车辆固定连接，保证加速度计的正面与轨道车辆的方向垂直。
2.在车辆运行时，使用数码示波器对加速度计测出的振动信号进行采集和处理。
示波器应设置为AC耦合模式，频率范围为10Hz~5kHz，垂直放大倍数为5V。
3.测量完成后，将采集得到的振动信号通过USB接口传输至计算机。
对数据进行滤波、去噪、分析，得出振动频率、振动幅度等指标。
3. 数据分析与处理3.1 数据的滤波和去噪由于原始的加速度信号包含各种频率的杂波和噪声，需要通过数字滤波器进行滤波和去噪。
推荐使用常见的数字滤波器——巴特沃斯滤波器，选用2阶低通滤波器和高通滤波器对信号进行滤波，以提高数据质量。
3.2 振动频率的分析与识别在振动分析中，最基本的是清晰地表达出振动信号的特征参数，其中最重要的指标就是振动频率。
在分析之前，要先通过峰值检测法对振动信号进行预处理，找到信号的峰值，在此基础上进行频率的分析和识别。
3.3 波形图和频谱图的绘制和分析使用Matlab和Python等工具，可以对振动信号进行波形图和频谱图的绘制和分析。
将滤波后的振动信号分别绘制其时域波形图和频域频谱图，通过频谱图可以精确定位出信号中任何一个特定频率的振动成分。
振动人员比对分析的两种方法及其流程总结
振动人员比对分析的两种方法及其流程总结下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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汽轮机异常振动原因及处理措施
汽轮机异常振动原因及处理措施摘要：汽轮机主要部件涉及转子、联轴器、气缸等，作为当前重要的工业设备之一，在实际运行中表现为高压、高温、高速，也正是由于特殊性，使其在高速旋转运行状态下较易引发故障。
其中，异常振动是汽轮机运行最为典型的故障类型，且引发异常振动的原因较多，导致对异常振动现象的分析复杂多样，诸如装置参数、油温、油质变化等都会在一定程度上引发振动。
本文主要分析汽轮机异常振动原因及处理措施。
关键词：汽轮机；转子；振动；故障；设备引言汽轮机运行中较易受到各种因素影响，产生异常振动，引发不同类型的故障现象。
为此，相关企业应加强日常监测工作，一旦发现异常振动现象，需及时采取措施予以解决。
同时也需要总结分析异常振动产生原因，完善相关处理方案，最大程度提升设备运行安全。
1、异常振动原因分析异常振动是汽轮机运行中一个常见问题，其原因可能涉及多个方面。
汽轮机旋转部件的不平衡是引起异常振动的主要原因之一。
不平衡可能由于制造过程中的装配误差或叶片损坏导致。
不平衡会引发旋转部件的周期性振动，进而产生振动频率和幅值不断增大。
当汽轮机工作频率接近结构固有频率时，共振现象可能发生。
共振会引起振动幅值的迅速增加，导致设备的损坏甚至破坏。
共振的原因可能包括设计不当、支撑结构刚度不足等。
轴承的损坏和磨损可能导致异常振动。
常见的轴承故障包括摩擦损失、润滑不良、损坏的滚动体或保持架等。
轴承故障会导致振动频谱中出现特定的频率成分和异常的振动态势。
当汽轮机的各个部件（如轴、齿轮等）之间的位置出现错位时，可能会引起异常振动。
错位可能由于装配不当、松动、磨损等原因导致。
错位会导致产生不正常的振动频率成分和幅值。
汽轮机转子的不对中也是一种常见的异常振动原因。
这可能由于制造过程中的偏心或装配错误引起。
转子不对中会导致旋转部件产生额外振动，增加整个系统的振动水平。
常振动的原因多种多样，可能涉及不平衡、共振、轴承故障、错位和转子不对中等因素。
机械振动信号的时频分析与特征提取
机械振动信号的时频分析与特征提取引言：机械振动信号是工程中经常遇到的一类信号，在机械故障预测、机器诊断等领域具有重要应用。
时频分析与特征提取是对机械振动信号进行分析和诊断的基础工作，本文将探讨这一领域的相关方法和技术。
一、时频分析的意义及方法时频分析是一种将时域和频域分析方法结合起来的信号分析技术。
它能够反映信号在时间和频率上的变化特征，对于提取信号中的瞬态信息和谐波成分具有重要意义。
时频分析方法常见的有短时傅里叶变换(STFT)、小波变换(WT)等。
1. 短时傅里叶变换(STFT)：STFT是将信号分割成若干段，并对每一段进行傅里叶变换的方法。
它能够较好地描述信号在时间和频率上的变化，但是时间和频率的分辨率有一定的限制。
2. 小波变换(WT)：WT是在不同尺度下对信号进行变换的方法。
它克服了STFT时间和频率分辨率的限制，能够更准确地提取信号的瞬态特征和频率成分。
二、特征提取的意义及方法特征提取是从信号中提取出具有代表性的特征，用于描述和区分不同的信号。
在机械振动信号分析中，特征提取是判断机械故障类型和程度的关键步骤。
1. 统计特征：统计特征是对信号的统计性质进行分析和提取的方法。
常见的统计特征包括均值、方差、标准差等，可以反映信号的分布情况和波形的稳定性。
2. 谱特征：谱特征是对信号在频域上进行分析和提取的方法。
常见的谱特征有峰值频率、能量集中度等，可以反映信号的频率分布和能量分布情况。
3. 小波包特征：小波包特征是对信号进行小波包分解并提取各层系数的方法。
它能够更全面地描述信号的时频特性和频率成分。
三、综合应用实例为了更好地说明时频分析与特征提取在机械振动信号分析中的应用，我们以轴承振动信号为例进行综合分析。
1. 采集并预处理振动信号：首先，采集轴承振动信号，并对其进行预处理，如去噪和滤波等。
2. 时频分析：将预处理后的振动信号进行时频分析，可以观察到信号在不同时间和频率上的变化特征。
通过STFT或WT等方法，得到信号的时频图像。
testlab振动与噪声数据处理步骤
testlab振动与噪声数据处理步骤一、背景介绍testlab是一个专业的测试实验室，致力于提供各种测试服务，其中包括振动与噪声测试。
振动与噪声测试是指对机械设备、汽车、船舶等各种工业产品的振动和噪声进行测量分析，以评估其运行状态和性能。
二、数据采集在进行振动与噪声测试前，首先需要采集相关数据。
根据不同的测试对象和需求，可以选择不同的数据采集方式。
常见的数据采集方式包括加速度传感器、压电传感器、麦克风等。
三、数据处理步骤1. 数据预处理在进行振动与噪声数据处理前，需要对采集到的原始数据进行预处理。
预处理包括去除杂音、滤波等操作。
去除杂音可通过调整传感器位置或使用降噪算法实现。
滤波可根据需求选择不同的滤波算法。
2. 信号分析信号分析是指对预处理后的信号进行频域分析和时域分析，以获得有关信号特征和频率成分的信息。
常用的信号分析方法包括快速傅里叶变换（FFT）、小波变换等。
3. 特征提取特征提取是指从信号中提取有用的特征信息，以便进行后续的分析和诊断。
常用的特征提取方法包括时域特征、频域特征、小波包能量等。
4. 数据建模数据建模是指根据采集到的数据和特征信息，建立相应的振动与噪声模型。
常用的数据建模方法包括统计学方法、机器学习方法等。
5. 故障诊断故障诊断是指根据建立的振动与噪声模型，对测试对象进行故障诊断和预测。
常用的故障诊断方法包括支持向量机（SVM）、神经网络等。
四、数据分析工具在进行振动与噪声数据处理时，需要使用一些专业的数据分析工具。
常见的工具包括MATLAB、Python等。
这些工具提供了丰富的算法库和可视化界面，方便用户进行各种数据处理和分析操作。
五、应用场景振动与噪声测试在各个领域都有广泛应用，例如机械制造、汽车工业、船舶制造等。
通过对振动与噪声进行测试分析，可以评估设备的运行状态和性能，提高产品质量和可靠性。
同时，还可以为设备维护和故障排除提供重要的参考依据。
六、总结振动与噪声测试是一项重要的测试服务，在进行数据处理时需要注意数据预处理、信号分析、特征提取、数据建模和故障诊断等步骤。
振动及频谱分析基础培训
3
两者相互促进
在许多应用中，信号处理和频谱分析是相辅相成 的，共同实现信号的准确分析和处理。
03
振动测量与仪器
振动测量系统的组成
传感器
用于将振动信号转换为 电信号，是振动测量的
关键元件。
信号线
用于传输传感器输出的 电信号，需具备抗干扰
和低损耗特性。
信号调理器
对电信号进行放大、滤 波等处理，以适应后续
谢谢观看
信号平滑
通过移动平均或低通滤波等方法， 消除信号中的突变和跳变，使信号 更加平滑。
信号的特征提取
时域特征
提取信号的峰值、均值、方差等 统计特征，用于描述信号的强度
和稳定性。
频域特征
通过傅里叶变换等手段将时域信 号转换为频域信号，提取频率成
分、频谱峰值等特征。
时频域特征
利用小波变换等方法，同时分析 信号的时域和频域特征，提取信
振动及频谱分析基础培训
目录
• 振动基础 • 频谱分析基础 • 振动测量与仪器 • 振动信号处理技术 • 振动故障诊断技术 • 实际应用案例
01
振动基础
振动的基本概念
01
02
03
04
振动
物体在平衡位置附近往复运动 的运动形式。
振动系统
由弹性元件、阻尼元件和质量 元件三个基本元件组成的系统
。
振动频率
信号采集
使用振动测量仪器采集设备的 振动信号。
数据处理
对采集的信号进行预处理，如 滤波、去噪等。
特征提取
从处理后的信号中提取出反映 设备状态的参数和特征。
故障诊断
根据提取的特征与标准库中的 数据进行比对，判断设备的状
态和故障类型。
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振动信号的采集与预处理 振动信号的采集与预处理 1 振动信号的采集 振动信号采集与一般性模拟信号采集虽有共同之处，但存在的差异更多。在采集振动信号时应注意以下几点： 1.振动信号采集模式取决于机组当时的工作状态，如稳态、瞬态等； 2.变转速运行设备的振动信号采集在有条件时应采取同步整周期采集； 3.所有工作状态下振动信号采集均应符合采样定理。 1.1 信号适调
由于目前采用的数据采集系统是一种数字化系统，所采用的A/D芯片对信号输入量程有严格限制，为了保证信号转换具有较高的信噪比，信号进入A/D以前，均需进行信号适调。适调包括大信号的衰减处理和弱信号的放大处理，或者对一些直流信号进行偏置处理，使其满足A/D输入量程要求。 1.2 A/D转换
A/D转换包括采样、量化和编码三个组成部分。 1.2.1 采样
采样（抽样），是利用采样脉冲序列p(t)从模拟信号x(t)中抽取一系列离散样值，使之成为采样信号x(n△t)（n=0,1,2,…）的过程。△t称为采样间隔，其倒数称1/△t＝fs之为采样频率。采样频率的选择必须符合采样定理要求。 1.2.2 量化
由于计算机对数据位数进行了规定，采样信号x(n△t)经舍入的方法变为只有有限个有效数字的数，这个过程称为量化。由于抽样间隔长度是固定的（对当前数据来说），当采样信号落入某一小间隔内，经舍入方法而变为有限值时，则产生量化误差。如8位二进制为28＝256，即量化增量为所测信号最大电压幅值的1/256。 1.2.3 编码
振动信号经过采样和量化后，量化后的数据按照一定的协议进行编码，成为处理器可以处理的数据。 采样定理解决的问题是确定合理的采样间隔△t以及合理的采样长度T，保障采样所得的数字信号能真实地代表原来的连续信号x(t)。 衡量采样速度高低的指标称为采样频率fs。一般来说，采样频率fs越高，采样点越密，振动信号的采集与预处理 所获得的数字信号越逼近原信号。为了兼顾计算机存储量和计算工作量，一般保证信号不丢失或歪曲原信号信息就可以满足实际需要了。这个基本要求就是所谓的采样定理，是由Shannon提出的，也称为Shannon采样定理。 Shannon采样定理规定了带限信号不丢失信息的最低采样频率为： 2smff或2sm 式中fm为原信号中最高频率成分的频率。
采集的数据量大小N为： TNt
因此，当采样长度一定时，采样频率越高，采集的数据量就越大。 使用采样频率时有几个问题需要注意。 一，正确估计原信号中最高频率成分的频率，对于采用电涡流传感器测振的系统来说，一般确定为最高分析频率为12.5X，采样模式为同步整周期采集，若选择频谱分辨率为400线，需采集1024点数据，若每周期采集32点，采样长度为32周期。 二，同样的数据量可以通过改变每周期采样点数提高基频分辨率，这对于识别次同步振动信号是必要的，但降低了最高分析频率，如何确定视具体情况而定。 条件1采样频率控制最高分析频率 采样频率（采样速率）越高，获得的信号频率响应越高，换言之，当需要高频信号时，就需要提高采样频率，采样频率应符合采样定理基本要求。 这个条件看起来似乎很简单，但对于一个未知信号，其中所含最高频率信号的频率究竟有多高，实际上我们是无法知道的。解决这个问题需要2个步骤，一是指定最高测量频率，二是采用低通滤波器把高于设定最高测量频率的成分全部去掉（这个低通滤波器就是抗混滤波器）。现实的抗混滤波器与理论上的滤波器存在差异，因此信号中仍会存在一定混叠成分，一般在计算频谱后将高频成分去掉，一般频谱线数取时域数据点的1/2.56，或取频域幅值数据点的1/1.28，即128线频谱取100线，256线频谱取200线，512线频谱取400线等等。 振动信号的采集与预处理 图、采样过程示意图 抗混滤波器的使用主要是针对频谱分析的，对于涉及相位计算的用途反而会引入相位误差。几乎所有的滤波器的相位特性远比幅值特性差。 为说明该条件，我们举例进行说明。 ①要想在频谱中看到500Hz的成分，其采样频率最少为1000Hz。 ②若采样频率为32点／转，频谱中最高线理论上可达到16X。 条件2总采样时间控制分辨率 频谱的分辨率（谱线间隔）受控于总采样时间，即 1fT
其中△f为频谱分辨率，T为总采样时间。 ①如果采样总时间为0.5秒，则频谱分辨率为2Hz； ②若区分6cpm（0.1Hz）的频谱成分，则总采样时间至少为10秒； ③对于总采样时间为8转的时间信号，频谱分辨率为1/8X。 条件3采样点数控制频谱线数 解释这个条件，需要对FFT计算频谱的过程有一个了解。如果对于一个2048点的时间波形数据，我们可以获得2048点频域数据——1024线频谱（每条谱线有两个值，直接值和正交值，或者说幅值和相位两个值）。 对旋转机械来说，频谱仅仅画出了FFT复数输出的幅值部分，对于相位部分一般不画，振动信号的采集与预处理 因此频谱中的线数最多为时域点数的一半，考虑到混叠的影响，频谱线数一般会低于时域数据点数。
小结 采样定理是实现正确采样的基准，上述3个条件中，可以根据需要设置其中2个条件，第3个条件就会自动固定。 ①如果采样总时间为0.5秒，想获得3200线频谱，则有
条件21120.5secfHzT 条件33200线频谱实际需要4096点频谱数据（考虑到混叠问题），8192点时域数据 ∴8192/0.516384sf（Hz） 16384/28192MaxfHz
320032002/6400flinesHzlineHz ②若在频谱上能区分0.2Hz间隔的频率成分，频谱确定为800线，则有 条件21150.2Tf（秒） 条件3800线频谱实际需要1024点频域数据，2048点时域数据 ∴20485409.6sf（Hz） 409.6/2204.8Maxf（Hz）
8008000.2/160flinesHzlineHz ③若在频谱上能区分0.1Hz间隔的频率成分，且能在频谱上最大看到180Hz，则有 条件122180360sMaxff（Hz）
QuadratDP振动信号的采集与预处理 条件211100.1Tf（秒） 因此，按不低于360点／秒的采样速率采集10秒钟，可采集时域数据最少3600点。 为方便FFT计算，数据点数应为2的整数次幂，与3600最接近的数值是4096，由此可获得2048点频域数据，即可获得1600线频谱。1600线、频率间隔为0.1Hz的频谱最高分析频率为160Hz，显然不能满足需要。 4096下一个2的整数次幂的数值是8192，由此可获得3200线的频谱，其最高分析频率达到了320Hz，可以满足要求，可以通过提高采样速率来实现这一要求。
分析频率 Hz 采样频率 Hz
采样点数 512 1024 2048 T/s △f/Hz T/s △f/Hz T/s △f/Hz
10 25.6 20 0.05 40 0.025 80 0.0125 20 51.2 10 0.1 20 0.05 40 0.025 50 128 4 0.25 8 0.125 16 0.0625 100 256 2 0.5 4 0.25 8 0.125 200 512 1 1 2 0.5 4 0.25 500 1280 0.4 2.5 0.8 1.25 1.6 0.625 1000 2560 0.2 5 0.4 2.5 0.8 1.25 2000 5120 0.1 10 0.2 5 0.4 2.5 5000 12800 0.04 25 0.08 12.5 0.16 6.25 10000 25600 0.02 50 0.04 25 0.08 12.5 20000 51200 0.01 100 0.02 50 0.04 25 50000 128000 0.004 250 0.008 125 0.016 62.5 100000 256000 0.002 500 0.004 250 0.008 125 ④在同步整周期采样时，若采集32点／转，共采集8转，则可获得256点时域数据和100线频谱，有 T=8转 △f＝1/T＝1/8转＝1/8X fMax＝32点／转÷2＝16X 振动信号的采集与预处理 f100＝100线×0.125转／线＝12.5X 用通用的方式表达为 设｛xn｝（n＝0，1,2,…N-1）为一采样序列若每周期等角度采集m点，共采集L周，则
有 mL＝N 设该旋转机械的转动频率为f，则采样间隔为 1tfm
变换后的频率分辨率 1fmffNtNL
或
ffL 显然，工频分量正好处于第L条线上。相应地，kf＝k△fL，即第k阶分量也处于整数△f上，这样就保证了特征频率成分在频谱上的准确定位。采用同步整周期采样可获得的最高分析频率为
2.562.562.56mNNfmfffL 【问题01】 在不重采样的前提下，能否提高频谱的分辨率？ 【问题02】
对于旨在分析齿轮故障和滚动轴承故障的振动数据采集应注意什么事项？ 理解了采样定理的实质，我们就会对某些仪器／系统中列出的技术指标有了正确的认识，频谱分辨率并不是衡量采样质量的唯一指标，即400线频谱与400线的频谱之间有可能存在差异；在分析齿轮故障时就不会出现没有啮合频率成分这样的尴尬；在分析开／停车过程时出现分辨率过低问题…… 频谱的功率泄漏问题
数字信号分析需要选择取合理的采样长度，虽然在采样过程中充分考虑了采样定理和分析要求，但毕竟是一个用区间为（－T～T）的有限长度信号来近似t→∞信号的过程，|t|＞T的x(t)值为零，因此所得到的频谱和实际频谱存在一定差异，这种现象称之为泄漏现象。 ➢ 影响数据采集过程的几个关键环节 ➢ A/D转换位数（转换精度）