測(cè)試技術(shù)課程設(shè)計(jì)模板

1、動(dòng)態(tài)測(cè)試信號(hào)采集仿真與實(shí)例分析機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)課程設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)測(cè)試信號(hào)采集仿真與實(shí)例分析姓 名： 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)： 2010級(jí)本科4班 學(xué) 號(hào)： 201015* 完 成 日 期： 2012年12月38日 目 錄1 緒論2 信號(hào)仿真、采集與分析處理2.1 題目 2.2 Matlab處理分析2.3討論2.4結(jié)論3 基于計(jì)算機(jī)的聲信號(hào)采集與分析3.1題目3.2 Matlab處理分析3.3討論3.4結(jié)論4 機(jī)械運(yùn)行數(shù)據(jù)分析與處理4.1題目 4.2第一份數(shù)據(jù)分析4.2.1 Matlab處理4.2.2結(jié)論4.3第二份數(shù)據(jù)分析4.3.1 Matlab處理4.3.2

2、結(jié)論5 總結(jié)參考文獻(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試信號(hào)采集仿真與實(shí)例分析摘要：測(cè)試技術(shù)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)測(cè)試信號(hào)采集仿真與實(shí)例分析，圍繞課程講授的動(dòng)態(tài)信號(hào)的采集、分析與處理的基本原理與方法進(jìn)行，同時(shí)運(yùn)用Matlab等工具，進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，做出信號(hào)的頻譜，并能夠分析信號(hào)的頻譜。項(xiàng)目設(shè)計(jì)包括三個(gè)部分：信號(hào)仿真、采集與分析處理，基于計(jì)算機(jī)的聲信號(hào)采集與分析，機(jī)械運(yùn)行數(shù)據(jù)分析與處理。通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)，能熟練運(yùn)用傅里葉變換處理和分析信號(hào)，對(duì)信號(hào)的頻譜能夠有一個(gè)更深的了解。關(guān)鍵詞：matlab；信號(hào)采樣；頻譜分析；fft1.1 信號(hào)仿真、采集與分析處理信號(hào)采集過程中一般需要考慮以下幾個(gè)參數(shù)：信號(hào)頻率、采樣頻率、采樣長(zhǎng)度等，不同參數(shù)的數(shù)值

3、設(shè)定對(duì)于信號(hào)采集的效果會(huì)產(chǎn)生直接影響，為了掌握信號(hào)采集過程中這些參數(shù)對(duì)采集過程及其效果產(chǎn)生的影響，可以通過Matlab或C語言對(duì)信號(hào)采集與分析處理的過程進(jìn)行仿真分析，具體要求如下：利用Matlab或C語言產(chǎn)生信號(hào)x(t)，其中：f1=50Hz、 f2=200Hz、f3=1000Hz； n(t) 為白噪聲，均值為零，方差為0,7； 幅值、相位任意設(shè)定；對(duì)信號(hào)x(t)進(jìn)行DFFT處理下:取=4，=,5, =6, =0;噪聲方差0.7Fs=3000HZ:N=1024程序：Fs=3000; %采樣頻率L=1024; %信號(hào)長(zhǎng)度NFFT= 1024; %采樣點(diǎn)數(shù)T=1/Fs;t=(1:L)*T;n=(r

4、and(1,L)-0.5)*sqrt(12*0.7); %均值為零，方差為0.7的白噪聲x=4*sin(2*pi*50*t)+5*sin(2*pi*200*t)+6*sin(2*pi*1000*t)+n; %信號(hào)subplot(2,1,1);plot(Fs*t(1:1000),x(1:1000); %信號(hào)的時(shí)域圖X=fft(x,NFFT)/L; %對(duì)信號(hào)快速傅里葉變換f=Fs/2*linspace(0,1,NFFT/2+1);subplot(2,1,2);plot(f,2*abs(X(1:NFFT/2+1); %信號(hào)的單邊譜Fs=4000HZ:N=1024Fs=5000HZ;N=1024FS=

5、5000HZ:N=2048=4，=,5, =6, =0;噪聲方差1Fs=5000;N=1024討論：1）通過設(shè)置不同的采樣頻率，畫出時(shí)域波形和傅里葉變換后的頻譜圖，討論在采樣點(diǎn)數(shù)一定的情況下，如 1024 點(diǎn)，采樣頻率對(duì)信號(hào)時(shí)域復(fù)現(xiàn)、頻域分析的影響； 見圖1和圖2，采樣點(diǎn)數(shù)均為1024，采樣頻率分別為5000Hz和2500Hz，2500Hz時(shí)，各個(gè)譜線的值已經(jīng)達(dá)不到信號(hào)各個(gè)諧波分量的幅值，即已經(jīng)小于3,4,5了，只有3,4,4；而5000 Hz時(shí)，各個(gè)譜線的值非常接近3,4,5，頻率較高時(shí)，頻譜顯示的比較準(zhǔn)確，譜線能量泄露小，頻率分辨率越高。2）采樣頻率、采樣長(zhǎng)度（采樣點(diǎn)數(shù)）與頻率分辨率的關(guān)系

6、； 見圖2和圖3，采樣頻率均為2500Hz，采樣點(diǎn)數(shù)分別為1024和2048，前者各個(gè)譜線的值已經(jīng)達(dá)不到信號(hào)各個(gè)諧波分量的幅值，只有3,4,4；而后者各個(gè)譜線的值非常接近3,4,5，可見頻率一定時(shí)，采樣點(diǎn)數(shù)越多，譜線能量泄露小，頻率分辨率越高。3）通過設(shè)置不同幅值的信號(hào)與噪聲，討論噪聲對(duì)信號(hào)時(shí)域分析和頻域分析的影響。噪聲的幅值越大，頻域分析時(shí)，信號(hào)的譜線越不明顯，當(dāng)噪聲信號(hào)的幅值比信號(hào)的幅值還要大的多時(shí)，噪聲會(huì)淹沒信號(hào)，頻域分析時(shí)，根本無法得到信號(hào)的譜線，（可以參照?qǐng)D1，圖4，圖5）。而且，噪聲的幅值越大，時(shí)域越是混亂，越難分析，看不出周期性。結(jié)論1. 采樣頻率越高，采樣點(diǎn)數(shù)越多，頻率的分辨率

7、越高，采樣頻率至少應(yīng)當(dāng)大于等于信號(hào)最高頻率的2倍。2. 噪聲的幅值越大，頻域分析時(shí)，信號(hào)的譜線越不明顯，時(shí)域越是混亂。采集信號(hào)時(shí)，必須控制噪聲的大小。1.2 基于計(jì)算機(jī)的聲信號(hào)采集與分析現(xiàn)代計(jì)算機(jī)具有對(duì)聲音、視頻進(jìn)行采樣的功能，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過計(jì)算機(jī)上的麥克風(fēng)及聲卡與AD，錄制各人在不同環(huán)境噪聲、不同發(fā)聲狀態(tài)下講話“機(jī)械工程測(cè)試與控制技術(shù)”語句（不少于3次，最好是他人的聲音），利用軟件轉(zhuǎn)換語音數(shù)據(jù)文件為ASCII碼，然后利用1.1的軟件進(jìn)行頻譜分析，畫出時(shí)域、頻域圖形。程序：fs=44100; %語音信號(hào)采樣頻率為22050x1=wavread(y.wav);%讀取語音信號(hào)的數(shù)據(jù)

8、，賦給變量x1，sound(x1,44100); %播放語音信號(hào)figure(1)plot(x1);y1=fft(x1,1024); %對(duì)信號(hào)做1024點(diǎn)FFT變換f=fs*(0:511)/1024; %將0到511，步長(zhǎng)為1的序列的值與fs相乘并除以1024的值，賦值給ffigure(2)plot(f,abs(y1(1:512); %abs是絕對(duì)值，plot是直角坐標(biāo)下線性刻度曲線title(原始語音信號(hào)頻譜)xlabel(Hz);ylabel(幅值)利用matlab對(duì)聲音分析得到:第一個(gè)人：第二個(gè)人：第三個(gè)人：討論：1）該設(shè)置至少為多少的采樣頻率？采樣長(zhǎng)度多長(zhǎng)為合適？ 采樣頻率可以設(shè)置為8

9、000Hz，22050Hz，44100Hz，人耳能聽到的聲音頻率為20Hz到20000Hz，所以設(shè)置采樣頻率為44.1KHz足夠，這也是正常音頻的采樣頻率。人講話的頻率大約在5003000Hz，所以設(shè)置采樣頻率為8000Hz足夠。由圖6，圖7，圖8可知，采樣長(zhǎng)度應(yīng)為音頻信號(hào)長(zhǎng)度的二分之一，太長(zhǎng)，會(huì)是譜線的峰值降低（圖8），太短，顯示的譜線過少（圖6），二分之一左右正好（圖7），譜線比較明顯，特征譜線顯示的比較完整。2）不同人員講話聲音的時(shí)域、頻域有什么區(qū)別？根據(jù)你的分析，該怎樣區(qū)分不同人員的講話聲音？ 根據(jù)圖10，圖12，圖13，不同的人講話，時(shí)域波形的強(qiáng)度不同，但具體的不同之處無法分析。在頻

10、域圖表現(xiàn)出來的是特征譜線的不同，說話聲音低沉的，整體的特征譜線偏低，如圖12，說話音調(diào)較高的，整體的特征譜線偏高，如圖13,。辨別不同人的講話，關(guān)鍵是對(duì)其聲音進(jìn)行頻譜分析，找到對(duì)應(yīng)的特征譜線，就能辨認(rèn)了。3）要使他人不易識(shí)別你的講話聲音，該怎么處理？改變自己的特征譜線就可以了，即所謂的用假聲。結(jié)論1. 每個(gè)人的聲帶都有自己的固定特征譜線，見圖10和圖11，讀兩個(gè)不同的音頻，也存在有公共的特征譜線，如讀“東南大學(xué)”和“機(jī)械工程”時(shí)，聲帶同時(shí)具有90.17Hz，226.1Hz，461.6Hz， 925.9Hz這些頻率。2. 音頻的采樣頻率可以設(shè)置為8000Hz，22050Hz，44100Hz，最高

11、的采樣頻率為44.1KHz足夠，采樣長(zhǎng)度最好為音頻信號(hào)長(zhǎng)度的二分之一。3. 不同的人講話，在頻域圖表現(xiàn)出來的是特征譜線的不同，說話聲音低沉的，整體的特征譜線偏低；說話音調(diào)較高的，整體的特征譜線偏高。辨別不同人的講話，關(guān)鍵是對(duì)其聲音進(jìn)行頻譜分析，找到對(duì)應(yīng)的特征譜線，就能辨認(rèn)了。1.3 機(jī)械運(yùn)行數(shù)據(jù)分析與處理某轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)位移數(shù)據(jù)，利用軟件對(duì)其進(jìn)行頻譜計(jì)算，得到其時(shí)域和頻域特征，分析機(jī)器振動(dòng)原因：不平衡、不對(duì)中故障特征及其診斷方法。數(shù)據(jù)一：數(shù)據(jù)說明轉(zhuǎn)速：2234rpm；采樣長(zhǎng)度：1024；傳感器：電渦流位移傳感器采樣點(diǎn)數(shù)：1024；轉(zhuǎn)動(dòng)頻率37.23Hz；則采樣頻率為其頻率的64倍，取2

12、383Hz原程序?yàn)椋簒=textread(D:Matlab1.txt); %讀取txt數(shù)據(jù)Fs=2383; %采樣頻率L=1024; %數(shù)據(jù)長(zhǎng)度NFFT=1024; %采樣點(diǎn)數(shù)T=1/Fs;t=(1:L)*T;subplot(2,1,1);plot(Fs*t,x); %繪制時(shí)域圖X=fft(x,NFFT)/L; %進(jìn)行快速傅里葉變換f=Fs/2*linspace(0,1,NFFT/2+1);subplot(2,1,2);plot(f,2*abs(X(1:NFFT/2+1); %繪制單邊譜對(duì)應(yīng)譜圖：數(shù)據(jù)二：數(shù)據(jù)說明：轉(zhuǎn)速：2169rpm；采樣長(zhǎng)度：1024；傳感器：電渦流位移傳感器采樣點(diǎn)數(shù)：10

13、24；轉(zhuǎn)動(dòng)頻率36.16Hz；則采樣頻率為其頻率的64倍，取2314Hz源程序改為：x=textread(D:Matlab2.txt)，F(xiàn)s=2314;，L=1024，NFFT=1024對(duì)應(yīng)譜圖：利用軟件對(duì)其進(jìn)行頻譜計(jì)算，得到其時(shí)域和頻域特征，分析機(jī)器振動(dòng)原因：不平衡、不對(duì)中故障特征及其診斷方法。結(jié)論分析：根據(jù)所給數(shù)據(jù)說明轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率f=2234/60=37.23Hz ，根據(jù)兩圖中相同頻率分布的低頻大概40HZ處幅值較高，與理論相符，但第二幅圖中在高頻處也有幾處高輻出現(xiàn)，根據(jù)機(jī)理說明此處有不平衡等引起的震動(dòng)故障?？偨Y(jié)這次的項(xiàng)目設(shè)計(jì)包括三個(gè)部分：信號(hào)仿真、采集與分析處理，基于計(jì)算機(jī)的聲信號(hào)采集與分析，機(jī)械運(yùn)行數(shù)據(jù)分析與處理。通過這次項(xiàng)目設(shè)計(jì)，使我對(duì)信號(hào)的頻譜能夠有一個(gè)更深的了解，對(duì)頻域分析也有了一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)