1.信号处理
为了揭示被试汽车及其零部件的运动规律和特征,需要从不同角度对试验信号进行加工。
(1)幅值域 概率分布函数、均值、方差、均方值或均方根值等。
(2)时间域 自相关函数、互相关函数等。
(3)频率域 频谱、自动率谱、互功率谱、传递函数、相干函数等。
实际处理时,根据分析问题的需要,可仅选择上述若干项内容进行处理。有时还需要对上述处理结果行再处理(二次处理),以获取更深入的信息,如车速特性、回归方程、模态参数识别、倒频谱分析等。总之,处理内容和项目,完全应视研究目的和试验对象的特点而定。
当今最常用的处理方法是采用数字技术进行处理,即利用数字计算机编制特定功能程序对离散数字序列运算,处理结果以数组形式输出。实施前,需首先利用A/D转换器(俗称数采板),把连续电模拟信号离散为数字序列后,输入计算机进行运算。为了便于使用,常把A/D转换器及其他前处理功能器件(如抗混滤波器)与通用的微处理器集成一体,并配有微型示波器、模拟输出接口、数字输出接口等构成专用数分析系统。它可与绘图仪、打印机及其他通用计算机连接,输出图形、数组或二次处理,使用十分方便,受到工程界普遍欢迎。
2.信号处理仪器
目前对信号进行分析处理的仪器有信号处理仪(或系统)、实时频谱分析仪和频谱仪。
(1)信号处理仪(或系统)信号处理仪又称振动信号处理仪或振动数据处理机,它是以电子计算机为中心的、以快速傅里叶变换(FFT)为主要内容的数字信号处理设备。它具有运算功能多、表示参数丰富、运算速度快、实时能力强、分辨能力强、精度高,以及操作与显示、复制与存储、扩展与再处理的功能强等优点。振动信号处理仪可分为振动信号处理机(单机型式)和振动信号处理系统(有较大内存和丰富的外围设备)两大类。(www.xing528.com)
1)振动信号处理机具有单一或若干通道的信号输入端,其参数丰富,性能质量比高,附设少,实时能力强,并具有触发及转速跟踪、软硬件结合以硬件为主的特点。它们适用于现场(便携式)或固定地点的信号处理。这类处理机数据存储量有限、再处理功能差。
2)振动信号处理系统存储量大,外设齐全,再处理功能强(如结构振动分析、材料振动疲劳分析、机械故障诊断、噪声的特殊分析等);具有软硬件结合以软件为主、处理与控制兼用等特点。但是它们的价格比较高,质量较重,适用于固定地点或处理中心。
信号处理仪具有正逆傅里叶函数变换和功率谱,自、互相关函数,自、互功率谱密度函数,各种传递函数,相干函数,概率密度与累计分布函数,几种窗函数,几种多次平均方式,功率谱阵计算以及某些特定统计函数运算、基本数学运算等功能。它们能表示的坐标参数极其丰富,可以是时域、时延域,也可以是频域、幅值域;坐标尺度可以是线性、百分比、对数、阶次,也可以是频率、转速、倍频程、分贝(dB)或各种工程单位。现代信号处理各种平面或立体特殊显示方法,包括临界转速图(Campbell图)、奈奎斯特图(Nyquist图)、功率谱阵图、冲击响应谱图、各种振动模态显示图以及各种机械阻抗导纳图等。振动信号处理机(系统)一般都具有十几种或几十种,乃至几百种运算功能,如果系统的运算程序可任意自编,在某种意义上说,运算功能可以是无限的。
(2)实时频谱分析仪 实时频谱分析仪是一种把振动和噪声分析技术与数字技术结合在一起的仪器,有的还可应用快速傅里叶(FFT)分析计算技术。较早的实时频谱分析仪有滤波器多节并联式和时间压缩型频谱分析仪,它们实际上也是用一系列带通滤波器分析。不过它们将信号分配到各个滤波器时,不是用机械转换的方法,而是用电子高速扫描技术,因此它能在很短的时间内,将信号迅速扫描过各个滤波器,并能跟踪变化的信号,在荧光屏上连续更新不同时刻的频谱;还可以将结果输出到记录仪器或电子计算机作进一步处理。这种实时频谱分析仪较难进行两个信号相互关系的比较,使应用受到了限制。电子计算机已应用于实时频谱分析仪,即通过快速傅里叶变换(FFT)对输入信号作分析处理,因而使其分析功能和分析速度都有显著提高。实时频谱分析仪可对连续信号、冲击信号、瞬态信号等在几十毫秒内很快地分析出来,并以模拟量和数字量输出。
(3)频谱仪 频谱仪又称幅值频谱分析仪,它的基本工作原理涉及电谐振原理、带通滤波器(倍频程滤波器或跟踪滤波器)和数字相关滤波器。其中,数字相关式频谱仪具有较高的分析精度,跟踪滤波器式频谱仪带有自动记录幅值频谱的X-Y记录仪,其分析方式有手动扫频和自动扫频。有的频谱仪还可进行功率谱的分析。对于频谱仪来说,其重要的特性有:
1)频率分辨率Δf。它是频谱仪所能准确地区分开的两个相邻频谱成分的最小频差。
2)分析时间T。它等于从信号加到分析仪输入端开始,到仪表给出可靠示值为止的一段时间。
3)离散频谱成分的幅值测量的相对误差和频率测量的相对误差。
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