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[综合] 振动信号预处理的几个问题:滤波、积分、泄漏等

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发表于 2018-5-14 16:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  对信号预处理具有特定要求是振动信号本身的特性所致。信号预处理的功能在一定程度上说是影响后续信号分析的重要因素。

  1. 低通抗混滤波
  抗混滤波器是一种低通滤波器,如广泛采用的8阶椭圆滤波器。在线系统采样单元中采用的抗混滤波器,应具备截至频率可跟踪性,即随着机器转速的变化,低通滤波器的截至频率也随之变化。

  抗混滤波器的使用目的是避免频谱分析时高频分量折叠到低频段,但每一种低通滤波器的相频响应曲线并不像幅频曲线那样平坦。如某型号4阶低通滤波器,在其截至频率处相位偏移达-180°,在3kHz处偏移也有-45°,这个相位偏移足以影响幅值的正确计量。
1.png
  某低通滤波器的响应特性曲线
  一般来说,用于幅值计量、相位计算、轨迹显示等用途时,最好不使用抗混滤波器。

  2. 数字矢量滤波
  数字矢量滤波器是一种用特殊数字技术实现的跟踪带通滤波器,可实现1X、2X或设定分频矢量值的功能。数字矢量滤波器在低速和高速下的带宽设置不同,低速时带宽设置窄一些,在高速时带宽适当增大。通带越窄,需要的响应时间越长,因此债的通带只适用于低速段。如本特利公司的DVF3型数字矢量滤波器设置的带宽及响应时间为:
  表 、DVF3滤波参数设置表
2.png

3.png
  带通滤波器

  3. 积分电路
  当采用壳体振动测量传感器时,用户可能需要使用某种特定的振动单位作为监测参量,以方便与相关标准对应。当采用加速度传感器测量时,积分电路就是必要的预处理手段。
4.png
  振动信号积分流程图
  需要说明的是,对于壳体振动信号,我们可以通过积分将加速度信号转换为速度信号,或进一步积分转换为位移,但仅对壳体振动信号有效,不能把壳体振动位移与转子相对振动位移相比较,因为它们之间不存在规律性的关系。另外需要注意的是,加速度积分成的速度与速度传感器直接测量的速度是存在区别的。
5.png
  绝对位移≠相对位移

  4. 泄漏
  数字信号分析需要选取合理的采样长度,这个长度就是数据采样对原始信号的截断,若截断长度为(-T~T),则对于|t|>T的x(t)值均为零,因此得到的频谱与实际频谱存在一定差异,表现为频谱上出现旁瓣,主瓣的幅值与输入的时间信号幅值产生了差异(降低)。

  为了降低时间波形因截断引起的频域振荡现象,在信号分析时多采用加窗的方式进行修正,窗函数就是截断函数,不同的窗函数对旁瓣的抑制能力也有区别。一般来说,窗函数必须具备以下基本要求:窗谱的主瓣要窄且高,旁瓣要小,正负交替接近相等,以减小泄漏或负谱现象。

  常用的窗函数及其性能指标如表所示。
  典型窗函数的性能特点
6.png
  窗函数是数据处理时要考虑的因素,但因与数据采集有关,在此先作提示。

  5. 其它问题
  与信号采集有关的问题还涉及到系统的输入阻抗与输入阻抗的问题。

  对于框架式仪表提供的缓冲输出信号,其输出阻抗多在几百欧姆左右,如本特利公司的7200系列仪表和3300系列仪表的缓冲输出阻抗为100欧姆,3500系列仪表的缓冲输出阻抗为550欧姆。

  数据采集系统的输入阻抗不易过低,理论上讲输入阻抗值越高越好。要保证信号损失率在1%以下,输入输出阻抗比应控制在100:1以上。

  信号损失率的定义为:
7.png
  如某系统信号输出阻抗为9090欧姆,接入一个输入阻抗为100k欧姆的系统,其信号损失率为:
8.png
  这样的信号损失率显然是不符合工程要求的。

  本文摘录自百度文库《振动信号的采集与预处理》一文。

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