一种振动信号的采集与处理系统

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基于VFC的超低频振动信号采集系统设计

基于VFC的超低频振动信号采集系统设计
摘 要 :超 低 频 振 动 信 号 参 数 的 检 测 在 . 7 - 程 应 用 方 面 前 晋 广 阔 ,针 对 原 有 测 量 系 统 难 以 应 对 复 杂 的 工 程 环 境 问 题 而 设 计 了 一 种 新 型 的 信 号 采 集 系统 。该 系 统 中 的 V F C 电 路 的 特 殊 工 作 原 理 使 得 其
中 图分 类 号 :T P 2 1 2 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :0 2 5 8 — 7 9 9 8 ( 2 0 1 3 ) 1 2 — 0 0 7 5 — 0 4
De s i g n o f u l t r a -l o w f r e q u e n c y v i b r a t io n s i g n a l a c q u i s i t i o n s y s t e m b a s e d o n VF C
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机械振动信号的特征提取方法

机械振动信号的特征提取方法

机械振动信号的特征提取方法引言机械振动信号是通过振动传感器采集到的机械系统振动情况的物理信号。

通过对振动信号的分析和处理,可以获取有关机械系统运行状态的重要信息,如故障诊断、健康监测等。

本文将介绍一些常用的机械振动信号的特征提取方法。

一、时域分析时域分析是将振动信号表示为时间序列的形式,并从中提取特征。

常见的时域特征包括振动信号的均值、方差、峰值、峭度等。

这些特征能够反映振动信号的整体情况,但对于复杂的振动信号来说,时域特征的信息有限。

二、频域分析频域分析是将振动信号通过傅里叶变换等方法转换到频域中,并从频谱中提取特征。

在频域中,我们可以观察到信号在不同频率上的能量分布情况。

常见的频域特征包括频谱峰值、主频、频带宽度等。

频域分析能够提供振动信号的频率信息,从而有助于判断机械系统的故障类型。

三、小波分析小波分析是一种同时进行时域分析和频域分析的方法。

通过将振动信号与不同的小波基函数进行卷积,可以得到时间和频率同时局部化的小波系数。

常见的小波分析方法有离散小波变换(DWT)和连续小波变换(CWT)。

小波分析能够提取振动信号中的瞬态特征、频率变化和时变特性,对于故障诊断和趋势预测具有较好的效果。

四、能量分析能量分析是一种从振动信号的角度出发的特征提取方法。

通过计算振动信号在不同频率区间上的能量,可以获取振动信号在不同频率范围内的能量密度谱。

能量分析对于振动信号的周期性和谐波成分有一定的敏感性,能够用于检测机械系统的机械故障或电动机的故障。

五、熵分析熵分析是一种用于评估信号非线性特性的特征提取方法。

通过计算振动信号的样本熵、近似熵等,可以揭示振动信号的复杂度和随机性。

熵分析能够用于检测机械系统的非线性振动和故障。

结论机械振动信号的特征提取是机械故障诊断和健康监测的重要手段。

时域分析、频域分析、小波分析、能量分析和熵分析是常用的特征提取方法。

综合运用这些方法能够获取到机械系统振动信号的丰富信息,进而实现对机械系统运行状态的监测和故障诊断。

发动机缸盖振动信号采集系统设计

发动机缸盖振动信号采集系统设计

滤 波等信 号 调理 , 把调理 后 的信 号通 过 D 并 AQ 板 卡 输 入 计 算 机 。 a VI L b EW 虚 拟 仪 器 处 理 模 块 实 现 对 DA Q
板 卡 的驱 动 支 持 及 通 过 驱 动 程 序 对 板 卡 进 行 合 理 设 置
和对 输入 计算 机 的信号进 行 虚拟处 理 。
发 动 机 缸 盖 振 动 信 号 采 集 系 统 设 计
口 莫 易 敏 口 潘丽 娜 口 赵 雷刚 口 汤春 球
武 汉 理 工 大 学 机 电 工 程 学 院 武汉 4 0 7 30 0
摘 要 :基 于  ̄b I W 图形 化 编 程 语 言 , VE 实现 了发 动 机 缸 盖 表 面振 动 信 号 采 集 系统 的设 计 。 系统 包括 信 号 采 集调 该 理 模 块 和 L IW 虚 拟 仪 器 处理 模 块 两部 分 。 号 采 集 调 理 模 块 主 要 实现 对 采 集 到 的传 感 器信 号 进 行 放 大 、 波 等信 号  ̄V E 信 滤
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漏 气 、 门 间 隙 异 常 等 气 门 机 构 常 见 故 障 。 统 检 测 发 气 传
动 机 振 动 的 物 理 仪 器 因 功 能 单 一 、 测 结 果 可 靠 性 差 检
和成 本较 高等 因素 影 响 , 实际应 用 中受 到很 大制 约 。 在
振 动 信 号 是 设 备 状 态 信 息 的 载 体 , 蕴 含 了 丰 富 它 的设 备 异 常或 故 障信 息 , 振 动信 号 的 监测 能 够 获得 对 设 备 状 态 的有 效信 息 , 它 的分析 则 是设 备 诊 断 领域 对 中 被 广 泛 采 用 的 方 法 ” 。 过 测 取 发 动 机 缸 盖 表 面 的 1通 振 动 信 号 , 取 相 关 的 特 征 参 数 , 以 准 确 地 检 测 气 门 提 可

振动信号测试仪采集方案设计与实现

振动信号测试仪采集方案设计与实现
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图 1系 统信 号采 集 实 现 框 图
R 一2 的通 信功能 、实时报 警功 能 、F 7 S4 2 F 变换 及频 谱分析 和 比较 功能 等 。归纳 如下 : 1 )测 量 、记录 和存 储各 个 测量点 的振 动加 速 度 原始 信 号 ,通 过 开关 进 行 控制 和 选 择 是否 进 行
洪耀球 ’ 香泉 ’ 云华 ,李 ,唐
HONG Yao qi ang qu T — u ,LI Xi — an , ANG Yun hu — a
(. 1 景德镇高等专科学校 数学与信息工程系,景德镇 3 3 0 :2 中航工业直升机设计研究所,景德镇 3 3 0 ) 3 00 . 3 0 1
相关工作 。
2 系统硬 件 电路设计
2 1 电源 电路 .
外 部输 入 采 用 2 V的 机 载 电 源 , 选 用 了一 款 8
航 空 机 载 电源 模 块 :输 入 范 围为 2 V- 0 4 3 V,输 出 为5 V,输 出功 率 为98 。 由 于 系统 需要 33 .W .V、 25 .V、18 .V工 作 电压 ,电流 要求 低 于 1 A,所 以采 用 工业级 以上 的芯片AS 1 l—.、AS 1一. M 733 l M1 7 1 l 8
根 据 某 直升 机 型 号对 振 动 信 号 采 集及 监 测 的 性 能 需 要 ,测 试仪 需 要 实 时监 测 l 路 信号 ,其 中 8 1 路 振动 信 号 ,2 道 的方 位 角信 号 ,以及具 有 6 通
器 动 路 集 { 电

建处核 fI构微理 FA
0 引言
根 据 直 升 机 上 旋 转 部 件 较 多 , 振 动 环 境 复 杂 ,振 动水 平 过 高 可能 导 致 驾驶 员的 判读 困难 和 身 体 疲 劳 , 以及 相 关 结 构 出现 疲 劳 裂 纹 甚 至 断

基于DSP的宽带随机振动信号处理系统

基于DSP的宽带随机振动信号处理系统

比高 .应 用 于模 拟 汽 车运 输 试 验 台的 随机 振 动信 号 采集 处 理 系统 中 ,运行 效 果 良好 。
关 键 词 : 字信号处理 ;P I 数 C 总线 ;随机振动 ;汽车运输试验
中图分类 号 :
l 9
文献标 识码 :A
文 章编 号 :17 — 4 8 (0 6 2 0 6 . 5 6 2 5 6 2 0 )o - 0 1 o
S g a o e sn y t m fRa d m b a i n Ba e i n lPr c s i g S se o n o Vi r to s d o P n DS
W ANG i c-e h De eo o L d,Xi a 1 0 5,C ia; 1 ’n Gu n xn S i tc v lpC . t ’n 7 0 7 hn
先 确定 物体在 未来 某 时刻运 动参 量 的瞬时值 、不能 用 时 间的确定 性 函数来 描述 的振 动现 象 。但 从 总体 的统 计 结 果 来 看 ,随 机振 动 现象 存 在 一 定 的 规 律 性 。对 于 统计 特性 不 随 时 间变 化 的平 稳 随 机振 动 .
电子 、仪器 仪 表及 机 电一 体 化产 品 的 可靠 性 指标 ,
2 C iaJLA G U iesy a gh u3 0 1 ,C ia . hn II N nvri ,H n zo 0 hn) t 1 8
Ab t a t T e tx rvd ste h rwae a d s f r e in o ih— p e aa a q ii o s r c : h e tp o ie h ad r n ot e d sg fa hg s e d d t c ust n wa i

机械振动信号分析算法及应用

机械振动信号分析算法及应用

机械振动信号分析算法及应用近年来,机械振动信号分析算法在工业领域得到了广泛的应用。

通过对机械振动信号的分析,我们可以获取关于机械系统运行状态、故障诊断和预测等重要信息,从而实现故障预防和设备维护的目的。

一、机械振动信号的特点与采集方法机械振动信号是一种具有周期性和不稳定性的信号。

它包含了各种频率和幅值的成分,反映了机械系统运行时的振动情况。

为了准确获取机械振动信号,我们需要采用适当的传感器和采集设备。

在机械振动信号的采集中,最常用的传感器是加速度传感器。

加速度传感器能够在三个方向上测量振动信号,并将其转化为电信号输出。

采集设备一般包括数据采集卡和信号采集软件,可以实时记录振动信号,并进行后续的处理与分析。

二、机械振动信号的分析算法1. 时域分析时域分析是振动信号分析中最常用的方法之一。

时域分析主要基于振动信号的波形特点,通过时域图形的形状、振幅和周期等参数,分析机械系统的运行状态。

2. 频域分析频域分析是将时域信号转化为频域信号的一种方法。

通过对振动信号进行傅立叶变换,我们可以得到振动信号在不同频率上的成分。

频域分析可以帮助我们了解机械系统中存在的谐波、共振等问题。

3. 小波分析小波分析是一种时频分析方法,能够同时提供时域和频域信息。

通过小波变换,我们可以得到具有不同频率和时间分辨率的子带信号,从而更好地揭示机械系统的振动特性。

4. 健康状态监测健康状态监测是机械振动信号分析的重要应用之一。

通过对机械设备的振动信号进行实时监测和分析,我们可以判断设备是否存在故障,并及时采取维修措施,避免设备故障带来的经济损失。

三、机械振动信号分析算法的应用1. 故障诊断机械振动信号分析可以帮助我们对机械设备的故障进行诊断。

通过分析振动信号的频谱特征,我们可以判断设备是否存在轴承磨损、不平衡、杂音等问题,从而指导维修工作。

2. 故障预测机械振动信号分析还可以用于故障的预测。

通过对设备振动信号的长期监测和分析,我们可以获取设备的状态演变趋势,并预测故障的发生时机,从而提前采取维修措施,避免设备停机造成的损失。

基于虚拟仪器的振动信号采集与处理系统

基于虚拟仪器的振动信号采集与处理系统

基于虚拟仪器的振动信号采集与处理系统作者:陈科山崔兴斌陶冬郑辉来源:《现代电子技术》2011年第22期摘要:桥梁分布在广阔的空间范围内,给数据的采集带来了一定的困难。

尤其对于振动信号,根据模态分析的需要,需要各采集点的时间严格同步。

该文利用虚拟仪器开发的数据采集系统,可以满足分布各点的振动信号的同步采集。

同时,该文利用LabVIEW开发了数据处理系统,可以对信号进行存储显示及频谱分析,通过对实验平台的振动数据采集处理结果显示,系统运行正常、处理结果正确。

关键词:虚拟仪器;同步数据采集;环境激励;频谱分析中图分类号:TN915.02文献标识码:A文章编号:Vibration Signal Acquisition and Processing System Based on Virtual Instrument(School of Mechanical, Electronic and Control Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)Abstract: Since the distribution of bridges is in the vast space, it is difficult to perform the data acquisition. Especially for the vibration signals, according to the need of modal analysis, the time of data acquisition at all the acquisition points must be absolutely synchronized. The data acquisition system developed with virtual instrument can meet the synchronous collection of vibration signals at each point. The data processing system was developed with LabVIEW. It can perform storage, display and spectrum analysis for signals. The collected and processed results of the vibration data from the experiment platform show that the system works well and the processing results are correct.Keywords: virtual instrument; synchronous data acquisition; environmental motivation; spectrum analysis收稿日期:引言桥梁健康监测通过对桥梁结构状态的监测与评估,为其在特殊气候、特殊交通条件下或运营状况严重异常时触发预警信号,分析评估桥梁使用寿命,并为桥梁的养护、维修与管理决策等提供科学的依据[1]。

振动信号处理ppt课件

振动信号处理ppt课件
振动信号处理
徐敏强 2012.3
课程主要内容
0. 信号的分类与描述 一、离散傅立叶变换与频谱分析 二、细化选带频谱分析、功率谱及其应用 三、包络分析及其应用 四、短时傅利叶变换 五、Wigner-Ville 分布及其应用 六、小波变换及其应用 七、Hilbert-Huang 变换及其应用 八、时间序列分析
X ( j) x(t)e jtdt
x(t) 1 X ( j)e jtd
2
时域连续函数造成频域是非周期的谱, 而时域的非周期造成频域是连续的谱 密度函数。
连续时间、离散频率—傅里叶级数
X
(
jk0
)

1 T0
T0 / 2 x(t)e jk0tdt
D/A 变换器
ADC
DSP
DAC
模拟 滤波器
PoF
常用序列
(1)
单位取样序列的定义为:

(n)

1 0
n0 n0
其图形如图所示。
(2)
单位阶跃序列的定义为:
U
n

1 0
n0 n0
其图形如图所示。
(3)
矩形序列的定义为
RN
n

1

0
0 n N 1 n 0, n N
X (k) X (N k)
argX (k) argX (N k)
离散傅里叶变换与频谱分析
T 时域采样间隔 fs 时域采样频率 T0 信号记录长度 F0 (频率分辨率)频域采样间隔 N 采样点数 fh 信号最高频率
信号采样参数的关系
fs 2 fh T0 1/ F0 fs 1/ T fs NF0 T0 NT
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一种振动信号的采集与处理系统苏畅,李书新,付兴武辽宁工程技术大学,辽宁阜新 123000E-mail:susan2008cn@摘要:本文用V/F转换器实现模/数转换。

将AT89C51单片机同PC机相结合,由单片机完成数据采集通过串口在PC机上由VB完成信号的处理和显示。

该系统结构简单,在振动信号的采集处理中经济实用。

关键词:V/F转换器;LM331;串口;信号采集1 引言机械故障诊断与检测中,经常要涉及到振动信号的采集处理。

采集的方式有多种,本文应用V/F转换、单片机及PC机组成检测系统,该系统简单、经济、实用、方便。

来自目标系统的振动信号,通过压电传感器转换成模拟的电信号,在通过电荷放大器放大,低通滤波器滤波,经LM331将模拟的电压信号转换成频率信号由单片机对该频率脉冲进行计数,并通过PC机串口传送到PC机中,由PC机对信号进行处理并分析显示出来。

被测系统振动信号传感器滤波器V/F转换器单片机系统RS-232PC机图 1 系统框图2 振动信号采集信号采集由AT89C51单片机为核心,通过计数器对V/F转换器传入的脉冲进行计数来确定频率范围,得到采样值并通过RS-232传到PC机中。

2.1 V/F转换的特点用V/F(电压/频率)转换器来代替昂贵的A/D(模/数)转换器,实现高精度的转换,在越来越趋于简单实用的现代化检测设备中得到了广泛重视。

与A/D转换器比较,V/F转换器使用灵活,占用微机资源少,接口简单,投资小。

LM331是美国国家半导体公司生产的一种高性能低价格的单片集成V/F转换器。

该器件在量程范围内具有0.01%~0.003%的高线性度,0~100kHz的频率输出范围,4~40V的直流工作电源电压区间,宽的动态范围,以及输出频率不受电源电压变化等诸多优点。

与此同时,由于其内部使用了温度补偿能隙电路,在整个工作温度范围内,以及到0.4V电源电压时都有极高的精度。

精准定时电路具有低的偏置电流,100kHz电压/频率转换所需要的高速相应也没有退化现象[2]。

2.2 单片机系统V/F转换器将电压信号转换成频率信号传入到单片机中,单片机对频率信号进行接收、处理、存储。

AT89C51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机,片内带有一个4k字节的Flash可编程可擦除只读存储器(PEROM),它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器(NURAM)技术,而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51单片机兼容。

AT89C51的15条可编程I/O线在扩展系统功能上有很大优势[7]。

当需要现场携带检测时,本系统可扩展键盘和较大LCD显示屏,可现场进行振动信号波形的分析和检测。

在本系统中,V/F转换器的频率输出引脚与AT89C51的计时器T0端相连。

将频率信号引入单片机的计时器中。

图2给出了在系统中LM331的外围电路[5]。

在该电路中,实现了-5V~+3.2V电压到3kHz~94.3kHz频率的转换,转换精度为11.1kHz/V。

V图 2 电压/频率转换电路把频率信号接入单片机的定时/计数器输入端,可采用测频法和测周期法进行数据记录。

因对测量非线性失真度以及单片机定时器的计量范围考虑,本系统采用测频率法来进行数据导入。

测频法将采用定时/计数器T0和T1,T0作计数器,T1作定时器。

T0当引脚有从1到0的负跳变时,计数器就会自动加1;T1定时器10000个机器周期,即为10ms。

经过一个定时周期,取T0寄存器中的数据。

T0、T1工作于方式1(十六位方式),T0计数初值为0,T1定时初值为(2710H求补)D8F0H。

当检测到TF1为1时,即定时周期结束,由T0取出输入电压信号的脉冲值。

通过测试得到电压与频率间系数。

程序流程图如图3所示。

开始设置计时/计数器工作方式及初值T0=0打开计时/计数器开始计时/计数T1=10ms 关闭计时/计数器提取采样值数据处理NYNY图 3 测频程序流程图3 振动信号处理3.1 单片机与PC 通信由于PC 机RS-232串行通信接口与AT89C51单片机的信号电平不一致,所以在PC 机RS-232串口和单片机串口应具有一个电平转换装置,而MAX232就可以完成这一功能。

最简系统接口电路如图4所示。

13451078911121314C1C1C2C2T2R2T1T1T2R1R1R2++-OUTIN -IN IN OUT IN OUT OUT TXDRXDTXD RXD PC机AT89C51MAX232图 4 RS-232接口电路上位机接收数据程序采用VB 的MSComm 控件实现。

控件属性设置如下[6]:Private Sub Form_Load()With M SC.CommPort=1 ‘选择COM1为通信端口.Settings=”9600,E,A,2” ‘设置通信端口参数.InBufferSize=10 ‘设置缓冲区接收数据字节数.InputLen=1 ‘设置Input 一次读取1字节.RThreshold ‘收到1字节就产生onComm 事件.PortOpen=True ‘打开通信端口End WithEnd Sub3.2 信号处理传送到PC 机中的信号是经过初步率波的信号,但是还带有各种工频干扰,需要对其进行处理。

信号处理的方法有多种,现在被广泛应用的有DFT (离散傅立叶变换),FFT (快速傅立叶变换)以及小波分析法[1]。

本系统利用VB 实现DFT 算法对振动信号的处理。

DFT 计算公式:210[()]()() (0,1,2,,1)N defj nk N n DFT x n X k x n e k N π−−====−∑%…利用该系统对旋转轮胎振动信号进行采集。

V/F 转换电路如图2所示。

计算出V/F 转换的正比例公式为:3 2.091710 2.09100 6.80.00111.2OUT S in L t tin inf R V R R C V k =⋅=×××××=V表 1 V/F 转换数据 V in (V) F out (Hz) 占空比 (%)-5 3333.3 96.667-4 15625 87.5-3 26667 77.333-2 37037 68.519-1 48780 59.0240 59524 50.0001 70423 40.8452 81967 31.9673 92593 22.2223.2 94340 20.755对表1的输出频率数据进行拟合可得到如图5所示的曲线,得拟合公式为:()11.0245 4.314OUT in f k V =++k本系统的最高频率为94kHz,每个采样周期内所计的脉冲数为30~940个,满足计数器计量范围。

图6所示为旋转轮胎的振动信号采集波形,可在分解信号中显示多条振动曲线,图中所示为基波波形。

图 5 旋转轮胎振动信号波形4 结语在振动信号采集系统中运用V/F进行A/D转换,具有电路简单,测量精度高,系统灵活,实用性强的特点。

在实际应用中系统稳定性好,其价格要比同类的A/D转换系统产品便宜几倍。

由V/F转换器和单片机组成信号采集的前向通道结构简单且精度高。

通过串口在PC机上用VB进行信号处理充分发挥了PC机的资源优势和VB的简洁特点,能较容易地实现振动信号的处理,并且能使处理后的信号直观明了的现实出来。

参考文献[1]罗抟翼等.控制工程与信号处理[M].北京:化学工业出版社,2004.[2]李华,孙晓民.MSC-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社.2002.[3]王建国,孙灵方.单片V/F转换器LM331的电源电压抑制特性分析[J].东北电力学院学报,1996,16(1):103-107.[4]林健.LM331的V/F电路调试中的若干问题分析[J].集成电路应用,1995,2:36-39.[5]杨振江,蔡德芳.新型集成电路适用指南与典型应用[M].西安电子科技大学出版社.1998.[6]范逸之,陈立元.Visual Basic与RS-232串行通信控制[M].北京:清华大学出版社,2002.[7]余永权.ATMEL89系列(MCS-51兼容)Flash单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2000.A System for Librate-signal Collection and DisposalSu Chang, Li Shu Xin, Fu Xing Wu(Liaoning Technical University,Fuxin ,Liaoning,123000)AbstractThe paper uses V/F convertor to achieve A/D conversion. It combines singlechip of AT89C51 with PC,which achieves Data-collection by singlechip and accomplishes signal-disposal and signal- display by VB on PC through COM. The configuration of this system is simple.It is economic and applied to use it to collect and dispose the librate-signal.Keywords: V/F convertor; LM331; COM; signal-collection作者简介:苏畅(1981-),女,汉族,辽宁阜新人,在读硕士研究生,辽宁工程技术大学电气系, 主要从事智能控制理论方法及应用\计算机测控技术及应用\智能仪器仪表的学习与研究。

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