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[综合] 振动信号的采集与预处理需要注意几个问题

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发表于 2018-5-16 16:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  几乎所有的物理现象都可看作是信号,但这里我们特指动态振动信号。

  振动信号采集与一般性模拟信号采集虽有共同之处,但存在的差异更多,因此,在采集振动信号时应注意以下几点:


    1、振动信号采集模式取决于机组当时的工作状态,如稳态、瞬态等;
    2、变转速运行设备的振动信号采集在有条件时应采取同步整周期采集;
    3、所有工作状态下振动信号采集均应符合采样定理。

  振动信号的采样过程,严格来说应包含两个方面:

  1. 信号适调
  由于目前采用的数据采集系统是一种数字化系统,所采用的A/D芯片对信号输入量程有严格限制,为了保证信号转换具有较高的信噪比,信号进入A/D以前,均需进行信号适调。适调包括大信号的衰减处理和弱信号的放大处理,或者对一些直流信号进行偏置处理,使其满足A/D输入量程要求。

  2. A/D转换
  A/D转换包括采样、量化和编码三个组成部分。

  采样(抽样),是利用采样脉冲序列p(t)从模拟信号x(t)中抽取一系列离散样值,使之成为采样信号x(n△t)(n=0,1,2,…)的过程。△t称为采样间隔,其倒数称1/△t=fs之为采样频率。采样频率的选择必须符合采样定理要求,关于采样定理,大家可以查看本公众号之前发布的文章《采样定理详解:3个主要条件只需满足其中任意2个》。

  由于计算机对数据位数进行了规定,采样信号x(n△t)经舍入的方法变为只有有限个有效数字的数,这个过程称为量化。由于抽样间隔长度是固定的(对当前数据来说),当采样信号落入某一小间隔内,经舍入方法而变为有限值时,则产生量化误差。如8位二进制为28=256,即量化增量为所测信号最大电压幅值的1/256。

  编码是把采样数据转变为计算机能识别的数字格式。

  影响振动信号采集精度的因素包括采集方式、采样频率、量化精度三个因素,采样方式不同,采集信号的精度不同,其中以同步整周期采集为最佳方式;采样频率受制于信号最高频率;量化精度取决于A/D转换的位数,一般采用12位,部分系统采用16位甚至24位。

  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。预处理方法的选择也要注意以下条件:

    1、在涉及相位计算或显示时尽量不采用抗混滤波;
    2、在计算频谱时采用低通抗混滤波;
    3、在处理瞬态过程中1X矢量、2X矢量的快速处理时采用矢量滤波。

  上述第3条是保障瞬态过程符合采样定理的基本条件。在瞬态振动信号采集时,机组转速变化率较高,若依靠采集动态信号(一般需要若干周期)通过后处理获得1X和2X矢量数据,除了效率低下以外,计算机(服务器)资源利用率也不高,且无法做到高分辨分析数据。

  机组瞬态特征(以波德图、极坐标图和三维频谱图等型式表示)是固有的,当组成这些图谱的数据间隔过大(分辨率过低)时,除许多微小的变化无法表达出来,也会得出误差很大的分析结论,影响故障诊断的准确度。

  一般来说,三维频谱图要求数据的组数(△rpm分辨率)较少,太多了反而影响对图形的正确识别;但对前面两种分析图谱,则要求较高的分辨率。目前公认的方式是每采集10组静态数据采集1组动态数据,可很好地解决不同图谱对数据分辨率的要求差异。

  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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