丁力

摘要：通常，通過數(shù)據(jù)采集器采樣獲得的振動信號具有多個聲音，除了頻率50Hz和倍頻程之外，它們還包含不規(guī)則的隨機破壞性信號。帶寬頻率干擾和高頻使得產(chǎn)生的振動曲線有許多毛刺。為了改善振動曲線的振動，平滑是最有效的方法之一。數(shù)字濾波器在離散系統(tǒng)中具有很強的用途。它可以處理波形和頻率信號輸入，廣泛用于振動信號的預處理。其信號預處理方法包括兩部分，即消除項多項式趨勢和平滑。前者消除項多項式流，信號偏離基線可以過濾以獲得更高精度的信號；后者是在信號中發(fā)出聲音，從而增強振動曲線的振動。

1.幾乎所有的物理現(xiàn)象都可看作是信號，但這里我們特指動態(tài)振動信號。

振動信號采集與-般性模擬信號采集雖有共同之處，但存在的差異更多，因此，在采集振動信號時應注意以下幾點：

（1）.振動信號采集模式取決于機組當時的工作狀態(tài)，如穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)等；

（2）.變轉(zhuǎn)速運行設(shè)備的振動信號采集在有條件時應采取同步整周期采集；3.所有工作狀態(tài)下振動信號采集均應符合采樣定理。

2.對信號預處理具有特定要求是振動信號本身的特性所致。信號預處理的功能在-定程度上說是影響后續(xù)信號分析的重要因素。預處理方法的選擇也要注意以下條件：

（1）.在涉及相位計算或顯示時盡量不采用抗混濾波；

（2）.在計算頻譜時采用低通抗混濾波；

（3）.在處理瞬態(tài)過程中1X矢量、2X矢量的快速處理時采用矢量濾波。

上述第3條是保證瞬態(tài)過程符合采樣定理的基本條件。當獲取瞬態(tài)振動信號時，單位速度的變化率高，并且當獲取動態(tài)信號（通常是幾個周期）時，可以通過后處理獲得1X和2X矢量數(shù)據(jù)。無法獲得高分辨率分析數(shù)據(jù)。由波德圖，極坐標圖和三維頻譜圖表示的單位的瞬態(tài)特征是唯一的，如果這些圖的數(shù)據(jù)間距太大（分辨率太?。瑒t無法表示小的變化。再次，您將得到大錯誤的分析結(jié)論。它會影響故障診斷的準確性。通常，三維譜圖需要少量數(shù)據(jù)集（Δrpm分辨率），這會過多地影響圖形的正確識別；但是，前兩個分析圖需要更高的分辨率。目前可接受的方法是為每組10個靜態(tài)數(shù)據(jù)采集收集一組動態(tài)數(shù)據(jù)，這可以成功解決不同地圖的數(shù)據(jù)分辨率要求的差異它可以。

影響振動信號采集精度的因素包括采集方式、采樣頻率、量化精度三個因素，采樣方式不同，采集信號的精度不同，其中以同步整周期采集為最佳方式；采樣頻率受制于信號最高頻率；量化精度取決于AD轉(zhuǎn)換的位數(shù)一般采用12位，部分系統(tǒng)采用16位甚至24位。

動信號的采樣過程，嚴格來說應包含幾個方面：

一、信號適調(diào)

由于目前采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種數(shù)字化系統(tǒng)，所采用的AD芯片對信號輸入量程有嚴格限制，為了保證信號轉(zhuǎn)換具有較高的信噪比，信號進入AD以前，均需進行信號適調(diào)。適調(diào)包括大信號的衰減處理和弱信號的放大處理，或者對一些直流信號進行偏置處理，使其滿足A/D輸入量程要求。

二、AD轉(zhuǎn)換

A/D轉(zhuǎn)換包括采樣、量化和編碼三個組成部分。

采樣（抽樣），是利用采樣脈沖序列p（t）從模擬信號x（n△t）中抽取一系列離散樣值，使之成為采樣信號x（n△t）？（n=0，1，2...的過程。△t稱為采樣間隔，其倒數(shù)稱1/Ot=fs之為采樣頻率。

采樣頻率的選擇必須符合采樣定理要求。

由于計算機對數(shù)據(jù)位數(shù)進行了規(guī)定，采樣信號x（n△t）經(jīng)舍入的方法變?yōu)橹挥杏邢迋€有效數(shù)字的數(shù)，這個過程稱為量化。由于抽樣間隔K度是固定的（對當前數(shù)據(jù)來說），當采樣信號落入某一小間隔內(nèi)，經(jīng)舍入方法而變?yōu)橛邢拗禃r，則產(chǎn)生量化誤差。如8位二進制為28=256，即量化增量為所測信號最大電壓幅值的1/256。

編碼是把采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C能識別的數(shù)字格式。

三、采樣定理

采樣定理解決的問題是確定合理的采樣間隔△t以及合理的采樣長度T，保障采樣所得的數(shù)字信號能真實地代表原來的連續(xù)信號x（t）。衡量采樣速度高低的指標稱為采樣頻率f%。一般來說，采樣頻率f越高，采樣點越密，所獲得的數(shù)字信號越逼近原信號。為了兼顧計算機存儲量和計算工作量，一般保證信號不丟失或歪曲原信號信息就可以滿足實際需要了。這個基本要求就是所謂的采樣定理，是由Shannon提出的，也稱為Shannon采樣定理。

Shannon采樣定理規(guī)定了帶限信號不丟失信息的最低采樣頻率為f≥2fm或@.≥2om式中fm為原信號中最高頻率成分的頻率。

V采集的數(shù)據(jù)量大小N為N=T/At

因此，當采樣長度一定時，采樣頻率越高，采集的數(shù)據(jù)量就越大。

使用采樣頻率時有幾個問題需要注意。一，正確估計原信號中最高頻率成分的頻率，對于采用電渦流傳感器測振的系統(tǒng)來說，一般確定為最高分析頻率為12.5X，采樣模式為同步整周期采集，若選擇頻譜分辨率為400線，需采集1024點數(shù)據(jù)，若每周期采集32點，采樣長度為32周期。二，同樣的數(shù)據(jù)量可以通過改變每周期采樣點數(shù)提高基頻分辨率，這對于識別次同步振動信號是必要的，但降低了最高分析頻率，如何確定視具體情況而定。

四、采樣定理解析

采樣定理實際上涉及了3個主要條件，當確定其中2個條件后，第3個條件自動形成。這3個條件是進行正確數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，必須理解深刻。

五、算法在工程實例中的應用

上述振動加速度信號數(shù)據(jù)的處理方法在我所液壓實驗臺振動測試中取得了成功，在液壓實驗臺的振動軸上布置了傳感器，進行實驗測得的振動加速度信號經(jīng)過去直流、積分并去趨勢項后所得波形和原波形的對比圖如圖5、圖6所示，其中圖5為經(jīng)過一次積分后的速度信號，從圖5中可以看出積分所得的信號與實際信號吻合度比較好，圖6為經(jīng)過二次積分后的位移信號，由于經(jīng)過了2次積分誤差的積累，導致了誤差擴大。

結(jié)束語

綜上所述，所用的加速度信號處理方法存在一定的誤差，數(shù)據(jù)處理的重點是在積分之前對干擾信號進行去直流、消噪、濾波和去除趨勢項的處理。最后使得參數(shù)達到最佳的信號效果，通過實驗證明是比較實用的處理方法。

參考文獻

[1]高榮，蔣克榮.電主軸振動加速度信號特征提取[J].應用基礎(chǔ)與工程科學學報.2010（02）

[2]顧名坤，呂振華.基于振動加速度測量的振動速度和位移信號識別方法探討[J].機械科學與技術(shù).2011（04）

[3]蔡烽，王大元.基于加速度信號積分A/D變換[J].儀器儀表學報. 2010（S1）

[4]干敏梁，劉紅星.關(guān)于振動加速度信號幅值解調(diào)的五種方法[J]. 振動與沖擊.2009（01）