旋转机械振动信号整周期重采样技术的研究

针对频谱泄漏及栅栏效应问题,建立了基于整周期重采样技术提高振动分析精度的方法,采用振动信号同步采集的频率计算整周期采集所需的时间,利用此时间可以对波形实现整周期重采样,并且在相位计算时,对各个通道补偿因循环采样所产生的相位误差.研究结果表明:该方法对振动信号可以实现整周期重采样,并能显著提高振动信号的幅值及相位精度,具...     

基于全相位FFT的故障信号检测方法

针对机械系统中的机械故障信号检测,首次提出了一种通用的全相位FFT检测方法.全相位FFT就是自身的频谱分析功能来实现对信号相位、频率和振幅的判决,所得到的相位没有误差,振幅误差也远小于基于FFT的检测技术.通过理论分析和MATLAB仿真,全相位FFT检测得到的信号相位误差为0,频谱校正后的振幅和频率误差也非常低,表明了该方法在故障信号检测中的可行性和正确性.     

高频相位激光测距系统的高精度鉴相

相位测距是一种非常重要的绝对测距手段,是大尺寸精密测量的重要保障。提高激光调制频率并采用高性能器件实现高频采样分析是提升相位激光测距精度最有效的方式之一。针对高性能器件的最大采样频率总是受限,难以满足高调制频率采样的难题,分析验证了欠采样方法用于相位测距的可行性,同时仿真分析了全相位傅里叶频谱分析法（allphase Fast Fourier Transform,apFFT）提高鉴相精度的优势。在此基础上,提出“欠采样+apFFT”的方法,并构建了激光相位测距的鉴相系统。当调制频率为201 MHz,欠采样频率为100 MHz时,系统鉴相精度高于±0.04°,对应的测距精度为±0.08 mm。实验结果表明,基于“欠采样+apFFT”的相位测距方法具有高精度、抗干扰能力强等优势,在科学研究与工程应用中具有重要价值。     

科氏流量计相位差估计的ap-Hilbert法

相位差估计是科氏流量计精确计量的基础,现有方法计算量较大,估计精度受频谱泄漏影响,且需要预知信号频率,难以满足复杂流量环境的测量需求。为此,提出一种科氏流量计相位差估计的ap-Hilbert法,首先对2路传感器信号进行全相位预处理,即对采样信号循环分段后移位对齐相加得到全相位序列,以消除频谱泄漏导致的端点效应;然后,对全相位序列进行Hilbert变换获得其解析信号,分别提取2路解析信号的实信号和虚信号部分;再通过三角变换,利用三角函数和差公式即可求出相位差。实验结果表明,所提方法克服了Hilbert变换的端点效应,与现有方法相比较,较大提高了相位差估计精度。     

基于频谱细化和相位差校正的全息谱研究

针对全息谱在频谱密集情况下精度会降低的问题,提出了基于频谱细化和相位差校正的全息谱分析方法。该方法采用复解析带通滤波器选带细化方法对以阶次频率为中心的局部区间进行细化分析,通过提高频率分辨率来消除密集频谱对精确获取幅值、相位信息的影响,运用相位差法对细化区间内的最大谱峰进行频率、幅值、相位校正,准确地提取出各阶次的幅值、相位信息,最后合成全息谱图。仿真及对柔性转子试验台振动信号的分析结果表明,基于频谱细化和相位差校正的全息谱能有效提高其分析精度,更加精确有效地诊断旋转机械的故障。     

计及负频率的极高频信号离散频谱校正新方法

对于机械振动与故障诊断等领域中常见的极高频(接近奈奎斯特频率)信号,传统的离散频谱校正方法存在着较大误差,负频率成分干涉严重是影响其频谱分析精度的重要因素。为提高极高频信号的频谱分析与校正精度,给出了一种计及负频率影响的离散频谱校正新方法。该方法基于Blackman窗,依据离散频谱的周期性并利用局部谱峰附近的3条谱线,建立包含正负频率贡献的离散频谱校正模型,通过对模型的求解获得频率、幅值和相位校正公式。采用频段内扫描的方式对频谱校正公式进行了仿真验证,结果表明所提方法可有效降低负频率成分对极高频信号频谱的干涉影响,提高其频率、幅值和相位校正精度。     

基于全相位谱分析的傅里叶望远镜外场实验数据处理

为了提高傅里叶望远镜(FT)的成像质量,实现对运动目标的高分辨率成像,研究了能抑制由声光移频器移频误差、光学器件偏差及信号采样截断等产生的频谱泄漏且能实时计算信号频率的数据处理方法。首先,采用全相位预处理技术对外场静态目标的采样信号进行处理;通过搜索算法得到每束干涉光的整点频率最大值。然后,基于apFFT谱分析时移相位差校正法计算每束干涉光的真实频率。最后,对非整点频率解调,采用5点最小二乘拟合方法,得到目标的傅里叶分量信息。实验结果表明:与传统方法相比,本文提出的数据处理方法得到的重构图像的斯托里尔比(Strehl)相应提高了3%。另外,本文方法对频谱泄漏的抑制能力更强;对静态目标实验数据进行处理后,重构图像质量有一定的提升;该方法也为运动目标的成像数据处理提供了参考。     

东方振动和噪声技术研究所

DASP2005大容量数据采集与信号处理、模态分析系统软件（支持Windows95／98／Me／NT／2000／XP） 1．新技术含量高。DASP包含九十多项东方所独创的国内外领先的先进及实用技术。如变时基传函使得求大型低频结构的传函精度有了革命性的提高；频率计技术使得测量频率的精度能达到万分之一、幅值精度达到千分之一、相位精度在1度之内，可替代真正的频率计；阻尼计技术使得求小阻尼的精度有数量级的提高。 2．多功能示波器技术。可进行单踪及多踪时域、频域、频时域同时示波，包含了随机、触发、滑动连续、变时基、多时基和单踪变时基等方式，具有频谱、传函、X—Y图等实时分析功能和频率计、阻尼计等先进的分析技术。此外还可进行1／3倍频程谱、实时谱阵、声级计、Z振级、索力、静载试验等工程应用功能。     

基于DSP的全相位FFT频率计设计

文中提出了一种基于DSP的高精度数字频率计设计方案。该方法采用高性能DSP芯片TMS320VC5402为处理核心,利用全相位FFT算法,对被测信号的频率进行计算并修正,最后以数字形式由LCD实时显示被测信号的频率值。进行信号频率测量实验,结果表明频率的测量相对误差小于0.5%,精度较高,能够满足高精度测量需要。     

基于全相位FFT的介质损耗因数测量算法的研究

全相位FFT频谱分析法具有优良的抑制谱泄漏性能及相位不变的特性,在工程上展现出了其重要的应用价值。虽然全相位FFT理论上具有相位不变的特性,相位无需校正,然而实际运用时,由于数据采样时间不能关于零点对称,即无法测得初相位,要想利用全相位FFT算法来求介质损耗因数,依然需要求得精确的频率来求解基波初相位。文章从实际应用出发,提出利用全相位FFT进行介质损耗因数的测量,并利用相位差校正法进行频谱校正,实现了从任意时刻点测量初相位,理论分析了算法实现过程。最终,通过计算机仿真,验证了该算法在频率波动、谐波干扰下能够有效提高介质损耗因数的测量精度。     

基于双窗全相位FFT双谱线校正电力谐波分析

基于快速傅里叶变换的电力谐波分析在非同步采样情况下存在频谱泄露,影响测量精度。为抑制频谱泄露对谐波分析的影响,分析对比了双窗全相位FFT与传统加窗FFT在抑制频谱泄露方面的特点,并通过计算证明了双窗全相位FFT在电力谐波分析中的独特优势。针对全相位频谱分析通常采用的时移相位差法存在计算量大、实时性差及存在相位模糊现象等不足,提出了一种基于双窗全相位FFT双谱线校正的谐波分析算法,利用基波频点附近的两条谱线幅值计算基波频率,进而推导了简洁实用的谐波幅值校正公式。该算法实现方便,且实时性优于相位差法。通过与传统加Hanning窗、Nuttall窗插值FFT的仿真对比验证了新算法具有更高精度,基于该算法的实验结果也验证了算法的有效性。     

数字信号处理技术在汽轮机组振动测量中的应用

振动信号的频域分析对于汽轮机组的状态监视和故障诊断有着重要的意义。信号可分为周期信号和非周期信号。分别有不同的频谱结构。快速傅立叶变换（FFT）使得数字计算机对连续时间信号进行频谱分析成为现实。针对“频谱泄漏”问题,提出了周期信号的整周期采样算法。在实际振动测量与分析中,键相信号分别起到了控制整周期采样以及确定基频振动相位的作用。随着计算机技术的发展。数字信号处理必将在振动测量与分析中发挥越来越重要的作用。     

基于等角度采样的列车频带变化类故障诊断方法研究

列车轮对部件故障常会受到频带变化因素的影响,如采用一般旋转机械故障监测方法,因谱线整体迁移模糊,可能导致误诊或漏诊。针对这一问题,研究了各影响因素与故障特征之间的动态响应,基于故障机理建立了频带变化类故障的动力学模型,分析了影响因素下的故障特征。提出了基于等角度采样的监测诊断方法,结合列车轮对组件实际情况制定了监测诊断方案,并通过实例应用对该诊断方法的准确性进行了验证。      

超声波传输时间精密测量方法及应用研究

根据超声波回波信号是一个变幅周期性信号这一特点,提出一种用数字细分来精密测量超声波传输时间的方法,阐明了超声波换能器驱动电路原理及利用FPGA电路和高分辨率A/D电路通过高频采样来实现这一方法的原理,并采用该方法和电路设计了超声波流量计。指出超声波传输时间测量的分辨率取决于超声波信号的频率和A/D电路的分辨率,为保证测量精度,应尽可能采用较高的采样频率。超声波传输时间的测量综合了全部回波信号采样数据,有很好的可靠性和很强的抗干扰能力。     

非稳态信号计算阶次分析中的重采样率研究

对于转频不断变化的旋转机械振动信号,运用阶次跟踪分析方法能够避免常规快速傅里叶分析中出现的“频率模糊”现象。在试验设计阶段,时域采样率凭经验设定,角域重采样信号存在阶次混迭现象。分析了角域重采样和时域采样的关系,得出在实际操作中由所需角域分析带宽和预期转速确定时域采样率,再由采样率和实际转速确定实际角域重采样阶次和分析带宽,推导出了时域采样频率和采样阶次必须满足的条件,进行了仿真算例分析。最后,以某型航空发动机起动时的振动信号为例,进行状态检测分析,验证了该方法的正确性和有效性。     

轨道移频信号频率参数检测方法的研究

为了进一步提高轨道移频信号频率参数的测量精度,运用欠采样(带通采样)定理和ZOOM-FFT算法对频谱进行细化,根据轨道移频信号的频谱对称特性,引入重心法校正技术,在采样点数为2048情况下,使测量精度比规格要求提高了约3.5倍。     

全相位谱分析在自混合干涉位移测量中的应用

提出基于全相位谱分析的自混合干涉信号处理方法,用于减小激光自混合干涉位移测量的误差。首先,基于三镜法布里-珀罗腔模型介绍了自混合干涉系统的数学模型,分析了自混合干涉信号的产生机理和特性。然后,研究了弱反馈条件下自混合干涉位移测量方法,采用全相位谱分析算法进行相位测量,重构外部反射体位移曲线;讨论了信号处理算法原理并进行了算法仿真。最后,进行自混合干涉位移测量实验,并给出压电陶瓷位移测量实验结果。结果表明,全相位谱分析算法可将自混合干涉位移测量误差减小到4.4nm;应用全相位谱分析算法分析自混合干涉信号,可在不增加外部光学元件的前提下将位移测量误差减小到纳米量级。     

基于贝叶斯频谱估计的频率分辨率研究

研究了贝叶斯频谱估计的基本理论和基本方法,分别对频率扫描法和频差扫描法进行了研究和计算。仿真结果显示,采用加窗方法可有效提高频率扫描法的频率识别精度。在采样信号相同的条件下,频率扫描法的频率采样点数为1000,得到的频率分辨率为1%。差频扫描法的采样点数为100,得到的频率分辨率为0.1%。贝叶斯频谱分析中模型的选取是决定性的因素。     

Optimization of impedance measurements using ‘chirp’ type perturbation signal

The paper presents a novel method of impedance measurements using the non-stationary ‘chirp’ signal. Variable sampling frequency has been employed in a process of acquisition of the voltage perturbation and current response signals. Such solution allows significant decrease in a number of data necessary to obtain an impedance spectrum as well as simplification and acceleration of the calculation process. It has been found that an accuracy of the results obtained with this method was directly proportional to the frequency resolution, with which impedance values were obtained.