振动加速度信号的激励、响应与相干函数

shajue

    用加速度传感器在一大型旋转部件上测量振动值，需要分析的振动部分是与旋转频率同频的振动，需要计算振动的幅值和相位。在用采样率768Hz，采集点数为4608点进行一次采集，然后进行DFT分析，求得振动的幅值和相位。如此，进行多次测量，发现每一次测量的幅值和相位跳动很大，一致性不好；该设备在别的旋转部件上进行过大量验证，验证结果稳定。
      将采集的跳动数据进行FFT分析，发现在旋转频率同频的附近频率（约0.5Hz）有较强的信号干扰，但是我的频率分辨率能达到0.17Hz，应当能将该干扰信号分离。
      最近在看到《Matlab在振动信号处理中的应用》的第6.1中看到相干函数的分析。考虑是否采用判断信号的相干函数值的方法（如阀值设置为0.95）来确定此次测量结果是否能满足要求。用于解决测量结果跳动大的问题。
      但在这个MATLAB事例中，有一点不明白，就是“激励”是怎样得来的，在实例中是直接给出的数据。
      要是采用求相干函数的方法，怎样更改代码求得。

测量到的三次较稳定数据，频率为5.1Hz
测量数据.rar (63.99 KB, 下载次数: 3)

2011-4-17 09:40 上传

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实例代码

1. 
   
2. %随机信号谱分析
   
3. clear
   
4. clc
   
5. close all hidden
   
6. %fni=input('随机信号谱分析－输入数据文件名','s');
   
7. %fid=fopen(fni,'r')
   
8. %分析内容（1=自谱,2=互谱,3=频响函数,4=相干函数）
   
9. %fun=fscanf(fid,'%f',1);
   
10. %sf=fscanf(fid,'%f',1);     %读入采样频率值
    
11. %nfft=fscanf(fid,'%d',1);   %读入FFT长度
    
12. %窗函数（1=矩形,2=汉宁,3=海明,4=布莱克曼,5=三角）
    
13. %win=fscanf(fid,'%d',1);  
    
14. %fno=fscanf(fid,'%d',1);    %读入输出数据文件名
    
15. %按行读入数据，第一行激励，第二行响应
    
16. %a=fscanf(fid,'%f',[2 inf]);   
    
17. %status=fclose(fid);
    
18. % fun=3;sf=500;nfft=2048;win=1;fno='out6_1.mat';
    
19. fun=4;sf=400;nfft=2048;win=4;fno='out6_1.mat';
    
20. load y
    
21. a(1,:)=y;a(2,:)=y.*sin(y);
    
22. x=a(1,:);
    
23. y=a(2,:)-a(1,:);
    
24. f=0:sf/nfft:sf/2-sf/nfft;
    
25. switch win
    
26.     case 1
    
27.         w=boxcar(nfft);
    
28.     case 2
    
29.         w=hanning(nfft);
    
30.     case 3
    
31.         w=hamming(nfft);
    
32.     case 4
    
33.         w=blackman(nfft);
    
34.     case 5
    
35.         w=triang(nfft);
    
36.     otherwise
    
37.         w=boxcar(nfft);
    
38. end
    
39. switch fun
    
40.     case 1
    
41.         z=psd(y,nfft,sf,w,nfft/2);
    
42.     case 2
    
43.         z=csd(x,y,nfft,sf,w,nfft/2);
    
44.     case 3
    
45.         z=tfe(x,y,nfft,sf,w,nfft/2);
    
46.     case 4
    
47.         z=cohere(x,y,nfft,sf,w,nfft/2);
    
48.     otherwise
    
49.         ;
    
50. end
    
51. %幅频曲线
    
52. nn=1:nfft/4;
    
53. subplot(2,1,1);
    
54. plot(f(nn),abs(z(nn)));
    
55. xlabel('频率(Hz)');
    
56. ylabel('幅值');
    
57. grid on;
    
58. if fun>1&fun<4
    
59.     %相频曲线
    
60.     subplot(2,1,2);
    
61.     plot(f(nn),angle(z(nn)));
    
62.     xlabel('频率(Hz)');
    
63.     ylabel('相位');
    
64.     grid on;
    
65. end
    
66. fid=fopen(fno,'w');
    
67. if fun>1&fun<4
    
68.     for k=1:nfft/2
    
69.        fprintf(fid,'%f%f\n',f(k),abs(z(k)));%自谱和相干数据
    
70.     end
    
71. else
    
72.     for k=1:nfft/2
    
73.        fprintf(fid,'%f%f%f\n',f(k),real(z(k)),imag(z(k)));%互谱和频响函数数据
    
74.     end
    
75. end
    
76. status=fclose(fid);

复制代码

y变量和Out6_1.mat
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2011-4-17 09:49 上传

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hcharlie

shajue 发表于 2011-4-17 09:55

                               
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将采集的跳动数据进行FFT分析，发现在旋转频率同频的附近频率（约0.5Hz）有较强的信号干扰，但是我的频率分辨率能达到0.17Hz，应当能将该干扰信号分离。

你的主信号与干扰频率差0.5Hz，约差3条谱线，两信号之间相互功率泄漏影响还是很大，不易分离干净的。
如果信号跳动厉害，说明你现在的机器信号随机性厉害，要进行多次谱平均，可以稳定一些。
你要测互谱，相干，都需要测到激励也就是输入信号，没有明确的输入信号是做不了这些事的。

shajue

回复 2 # hcharlie 的帖子

我原来也考虑过进行多次信号平均，得到的结果确实要稳定一些，如进行3次平均。但是这样做的话测量一次得到的最终结果需要的时间太长了，要几十秒才能出一次结果。
而且这种平均不是每次测量都必须要做，有时候测量的时候干扰不大，不用平均，测量一次就能得到稳定的结果。
我现在就是在考虑是否有别的方法来判定是否要做多次测量，并且可以减少测量的时间。（我考虑过用2次测量做比较，但是这样做的话，测量时间还是太长）。
在信号处理的方法中是否有这样的方法呢？

shajue

这是测得比较好的数据，也就是这次测试环境还比较好，但是跳动还是较大。需分析频率为5.1Hz，采样率为712Hz。
20110307.rar (148.75 KB, 下载次数: 2)

2011-4-18 20:58 上传

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