第一章 绪论 第二章 机械信号的分类 第三章 机械信号预处理.pdf

机械测试信号处理
第一章绪论
一机械信号处理与分析的基本概念和作用
随着科学技术的飞速发展计算机已经深入广泛地应用于科学研究和工程技术
的各个方面计算机技术日益与传统信号分析和处理技术相结合结合于是出现了
一种新的数字信号处理技术信号分析和信号处理是既相互关联又相互区别的
两个问题信号分析是指研究信号的构成和特征值它往往与具体的信号源密切相
关而信号处理则是指信号经过必要的变换以获得所需信息的过程信号处理是
从数学的角度进行分析因此更加一般更加通用更加抽象信号分析建筑在信
号处理的基础之上它的出现和不断发展极大丰富了反映机械运动的分析手段和
方法因此信号处理成了当今信息科学和现代测试分析等领域的一个十分重要的
手段
机械信号就是指机械系统在运行过程中各种随时间变化的动态信息经各种
动态测试仪器拾取并用记录仪器记录下来的数据或图象可以这样理解机械信号
是一个传载机械信息的物理量函数而机械信息则是反映了设备运行状态和结构特
性的特征量
机械信号的特点首先振动频率低对于大跨度的钢结构桥梁其固有振动频率
往往只有几赫兹机械振动具有直观的特点对于常见的机械振动通过人的感官就
可察觉到机械信号的另一个特点是很难直接进行处理须转换成电信号后进行测
量和处理不过随着科学技术的发展目前机械信号的机械式处理方法研究又有了
新的进展在这方面机械式的处理系统主要有好的品质如利用 MEMS 技术将信
号滤波的工作用机械谐振系统来实现可以得到比电子信号处理更好的效果这在
许多的移动电话上已经得到了应用另外电视机中视频信号的滤波也用到了表面声
滤波技术
信号的分析和信号处理的关系既相互区别又相互联系信号处理是指对信号进
行必要的变换以获得所需信息的过程信号分析是研究信号的构成和特征值以及
信号中各分量所表征的物理意义和物理解释显然信号分析是建筑在信号处理的
基础之上的
信号处理的一个实例如机械测试信号中携带着人们需要的有用信息也同时含
有大量的人们不感兴趣的信息后者常称为干扰噪声它是不可避免地渗入测试系
统的机械信号处理通过对测量机械信号的某种加工变换其目的是改变信号的形
式便于分析和识别削弱机械信号中的冗余内容滤除混杂在信号中的噪声干扰
或者将信号变成易于识别的形式以便于提取它的特征值等信号滤波就是机械信号
1
机械测试信号处理
处理中最基本的一种处理对信号进行傅立叶变换也是一种常用的信号处理方法
信号分析的一个实例如从复杂信号中提取出反映机械信息的特征值特征参
数等对测量到的机械结构激振响应信号进行分析可得到机械机构的各阶固有频
率阻尼比和各阶固有振型另外对响应信号的分析还可得到系统的刚度在回转
机械监测和诊断中常通过轴心轨迹分析转子的运动状况在进行减振降噪时常常要
对信号谱图上的主要噪声分量进行分析找出产生该分量的原因
为了要分析机械设备的信号必须先要获取机械信号再通过对所获取的机
械信号的处理与分析得到需要的设备信息机械信号处理通过对测量机械信号的
某种加工变换削弱机械信号中的冗余内容滤除混杂在信号中的噪声干扰或者
将信号变成易于识别的形式以便于提取它的特征值等信号滤波就是机械信号处理
中最基本的一种处理其次信号分析则从复杂信号中提取出反映机械信息的特征
值进一步地通过信息集成和融合还可全面了解机械对象的特性或状态信号分
析中的基本方法是信号的频谱分析机械信号的分析和处理相互关联实践中我们
把上述过程统称为机械信号处理机械信号处理的基本过程可如图 1-1 所示
我们在监测大型回转机械的转子运行状态时首先需要获得表征转子运行状态
的物理量如转子振动的位移或加速度信号等设备监测和故障诊断的人员在获取
这些信号后还需要进行一定的信号分析和处理并根据相关的专业知识以得出回转设
备的运行状态和有无故障发生的信息可以通过对转子同一轴截面上两路相互垂直
机械结构或设备
传感器
信号滤波频域分析
信号预处理
结构特征参数等
模数转换
图 1-1 机械信号分析的一般流程
图 1-2 转子的原始轴心轨迹和提纯轴心轨迹
2
机械测试信号处理
的位移信号进行频谱分析和信息集成获得如图 1-2 所示的原始轴心轨迹和提纯轴
心轨迹图可以有效反映转子的运动特征提纯轴心轨迹图所表现的特征反映了转子
在运行中有碰磨故障发生
从上面的这个例子中使我们对机械信号的定义和机械信号分析的目的有了进
一步的理解机械信号中包含了人们对所研究设备的未知信息取得信号并不等于
获得了相应的设备信息必须通过对机械信号作进一步的分析才能提取出所需要的
信息
按处理信号的特征信号处理分为模拟信号处理系统和数字信号处理系统模