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文檔簡介
1、1土木橋梁動(dòng)態(tài)測試基礎(chǔ)知識(shí)土木橋梁動(dòng)態(tài)測試基礎(chǔ)知識(shí)( (第一版第一版) ) 2D.D.輸入量程輸入量程E E. .動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 范圍范圍F F. .輸入輸入 噪聲噪聲G G. .信噪比信噪比H H. .信號失真信號失真I I. .通道通道 一致性一致性J. J.抗混疊濾波抗混疊濾波K.K.信號輸入信號輸入 類型類型L. L.數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式5信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)A A. .信號采樣信號采樣B B. .泄漏泄漏C C. .窗函數(shù)窗函數(shù)D.D.濾波濾波E E. .幅域分析幅域分析F F. .時(shí)域分析時(shí)域分析G G. .頻譜分析頻譜分析H H. .求取混疊后的頻率求取混疊后的頻率I
2、I. .階與自由度階與自由度31 測試項(xiàng)目測試項(xiàng)目n荷載試驗(yàn)荷載試驗(yàn)n靜態(tài)載荷力作用下的橋梁承載能力靜態(tài)載荷力作用下的橋梁承載能力n測試項(xiàng)目:靜應(yīng)變、靜撓度測試項(xiàng)目:靜應(yīng)變、靜撓度n動(dòng)載試驗(yàn)動(dòng)載試驗(yàn)n動(dòng)態(tài)載荷力作用下的橋梁特性動(dòng)態(tài)載荷力作用下的橋梁特性n試驗(yàn)項(xiàng)目:跑車、跳車、剎車試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目:跑車、跳車、剎車試驗(yàn)n測試項(xiàng)目:沖擊系數(shù)、動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)撓度、阻尼比等測試項(xiàng)目:沖擊系數(shù)、動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)撓度、阻尼比等n脈動(dòng)試驗(yàn)脈動(dòng)試驗(yàn)n識(shí)別橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)n測試項(xiàng)目:固有頻率、模態(tài)參數(shù)測試項(xiàng)目:固有頻率、模態(tài)參數(shù)n索力試驗(yàn)索力試驗(yàn)42 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成靜應(yīng)變測試系統(tǒng)靜應(yīng)變測試系統(tǒng)用于混凝土
3、用于混凝土的應(yīng)變片的應(yīng)變片INV2312NINV2312N靜態(tài)應(yīng)變儀靜態(tài)應(yīng)變儀DASPDASP測量測量分析軟件分析軟件52 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成無線組網(wǎng)示意圖無線組網(wǎng)示意圖總線組網(wǎng)示意圖總線組網(wǎng)示意圖6動(dòng)應(yīng)變測試系統(tǒng)動(dòng)應(yīng)變測試系統(tǒng)2 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成用于混凝土用于混凝土的應(yīng)變片的應(yīng)變片INV1861INV1861動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)應(yīng)變調(diào)理儀應(yīng)變調(diào)理儀INV3060INV3060、30183018、30203020系列采集儀系列采集儀DASPDASP測量分析軟件測量分析軟件7振動(dòng)、模態(tài)測試系統(tǒng)振動(dòng)、模態(tài)測試系統(tǒng)2 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成891891、941941型型傳感器傳感器INV3062
4、INV3062、30603060、3018301830203020系列采集儀系列采集儀DASPDASP測量分析軟件測量分析軟件8索力測試系統(tǒng)索力測試系統(tǒng)2 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成索力測量索力測量工裝工裝INV3062INV3062、30183018系列采集儀系列采集儀DASPDASP測量分析軟件測量分析軟件INV9828INV9828加速度傳感器加速度傳感器INV3080INV3080手持式索力分析儀手持式索力分析儀或者或者92 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成構(gòu)成測試系統(tǒng)的四部分構(gòu)成測試系統(tǒng)的四部分n傳感器傳感器n信號調(diào)理信號調(diào)理n采集儀采集儀n測量分析軟件測量分析軟件10n加速度傳感器(加速度傳
5、感器(IEPEIEPE型)型) 用于索力測試、要求高靈敏度、低用于索力測試、要求高靈敏度、低頻性能好,例如:頻性能好,例如:INV9828.INV9828. 傳感器的種類2 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成11n速度傳感器(速度傳感器(891891、941941系列)系列) 常用于低頻、中頻信號的測量。例如:橋常用于低頻、中頻信號的測量。例如:橋梁、樓房的振動(dòng)、模態(tài)測量領(lǐng)域。梁、樓房的振動(dòng)、模態(tài)測量領(lǐng)域。傳感器的種類2 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成12應(yīng)變信號調(diào)理器 應(yīng)變信號需經(jīng)過應(yīng)變調(diào)理(應(yīng)變信號需經(jīng)過應(yīng)變調(diào)理(INV1861INV1861動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀),可接入),可接入INV3018INV30
6、18、 INV3060 INV3060、 INV3020INV3020系列系列2424位采集儀中位采集儀中. .2 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成13nADAD:國內(nèi)外主流均為:國內(nèi)外主流均為2424采集儀采集儀n通道數(shù):從通道數(shù):從4 4通道到幾百通道通道到幾百通道采集儀種類2 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成1424位采集儀的特點(diǎn)2 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成n以INV3018系列為例n高精度:每通道獨(dú)立24bit+方式AD技術(shù) n高性能:連續(xù)不間斷海量全并行采集n高速度:每通道采樣頻率 51.2K/102.4K/204.8KHz可選n高動(dòng)態(tài)范圍:120dB典型值,110dB保證值(單核)n高抗混濾波性能
7、: 超過-300db/octn低噪聲: 0.03mV rms 10V量程n多輸入方式:AC、DC、ICP、外接電荷、應(yīng)變1524位采集儀的特點(diǎn)2 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成n最突出優(yōu)點(diǎn): 1)測試儀器更輕巧、便攜 對于測量加速度的ICP傳感器和測量橋梁、樓房的電壓輸出型傳感器,不在需要測試中的放大器、濾波器。 2)讓測試變得更簡單 具有高動(dòng)態(tài)范圍,避免了放大器檔位設(shè)置不合適引起信號太小、信號過載的情況。16 1616位采集系統(tǒng)與位采集系統(tǒng)與2424位采集系統(tǒng)的配置區(qū)別位采集系統(tǒng)的配置區(qū)別 采用采用1616位采集儀的測試系統(tǒng)位采集儀的測試系統(tǒng)采用采用2424位采集儀的測試系統(tǒng)位采集儀的測試系統(tǒng) 多
8、臺(tái)2 測試系統(tǒng)組成測試系統(tǒng)組成173 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試n傳感器選型傳感器選型 1)傳感器種類 2)頻率范圍 3)傳感器量程 4)傳感器尺寸、重量 5)環(huán)境要求(高溫、防水等)183 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試n試驗(yàn)準(zhǔn)備試驗(yàn)準(zhǔn)備 1)選擇合適的傳感器 2)檢查傳感器、導(dǎo)線和采集儀 3)導(dǎo)線編碼 4)技術(shù)方案 5)人員分工 6)其他輔助工具193 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試n傳感器常見安裝方式傳感器常見安裝方式 1)螺栓連接 2)磁座安裝 3)膠粘 4)蜂臘 5)橡皮泥 20安裝后的傳感器如何保護(hù)?安裝后的傳感器如何保護(hù)? 1)合適的工作環(huán)境,并做出適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)。避免由于絕緣、潮濕等原因造成損壞
9、或信號異常。 3 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試213 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試 2)傳感器需要在室外過夜、有雨等情況,傳感器要做好防水、防潮等保護(hù)措施。 3)在高空操作時(shí),為了避免傳感器跌落造成人身、財(cái)產(chǎn)安全,傳感器需要采用繩索固定等保護(hù)措施。223 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試n傳感器與導(dǎo)線的接頭如何保護(hù)?傳感器與導(dǎo)線的接頭如何保護(hù)? 1) 接觸良好。避免短路、斷路和接觸不良情況存在。 2)將導(dǎo)線端固定。 避免由于長導(dǎo)線作用而 使傳感器受到拉力。 891-2891-2型傳感器接頭防護(hù)型傳感器接頭防護(hù)233 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試 3)對于加速度傳感器,接頭為M5或者M(jìn)3,要保證擰緊,沒有松動(dòng)。 振
10、動(dòng)劇烈的情況下 測試中出現(xiàn)問題人無法進(jìn)行重新安裝 對M5接頭處彎成環(huán)形后用膠帶固緊。 243 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試n測試導(dǎo)線如何處理?測試導(dǎo)線如何處理? 導(dǎo)線的固定:導(dǎo)線的固定: 固定導(dǎo)線末端,防止導(dǎo)線晃動(dòng)對信號的干擾固定導(dǎo)線末端,防止導(dǎo)線晃動(dòng)對信號的干擾253 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試n系統(tǒng)連接后,檢查信號是否正常?系統(tǒng)連接后,檢查信號是否正常? 1)連接后,測點(diǎn)振動(dòng)量值微弱,但信號較大,有上百毫伏。 同時(shí)有周期性,頻譜峰值為50Hz,100Hz,150Hz,200Hz,250Hz等。 解決:檢查是否為接觸不良引起的,可以檢查導(dǎo)線接頭。263 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試M5M5接頭接觸不良
11、,導(dǎo)致的錯(cuò)誤信號接頭接觸不良,導(dǎo)致的錯(cuò)誤信號273 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試 2)連接后,可以讓工作人員在傳感器周圍輕輕敲擊或者晃動(dòng)傳感器,看軟件屏幕是否具有信號變化。 如沒有信號變化,則為連接導(dǎo)線不通或者儀器檔位設(shè)置不合適。 解決:檢查接線接頭、傳感器安裝及檔位。283 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試信號正常時(shí),隨振動(dòng)變化,信號幅值隨之改變信號正常時(shí),隨振動(dòng)變化,信號幅值隨之改變293 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試n應(yīng)變測量經(jīng)常遇到的問題:應(yīng)變測量經(jīng)常遇到的問題: 1 1 、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀無法平衡。、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀無法平衡。 常見的有兩種情況:常見的有兩種情況: 1 1)應(yīng)變片與導(dǎo)線的接線接觸不良。)應(yīng)變片與
12、導(dǎo)線的接線接觸不良。 接線頭斷開,無法構(gòu)成四個(gè)橋臂,因此無法接線頭斷開,無法構(gòu)成四個(gè)橋臂,因此無法平衡。平衡。 解決方法:檢查橋盒接線接頭。解決方法:檢查橋盒接線接頭。 303 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試 2 2)應(yīng)變片連線后的輸出電阻偏大。標(biāo)準(zhǔn))應(yīng)變片連線后的輸出電阻偏大。標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該為應(yīng)該為120120歐姆,如果超過太多,比如歐姆,如果超過太多,比如131131歐姆,歐姆,動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀將無法平衡。動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀將無法平衡。 解決方法:重新貼片或者更換測點(diǎn)或使用解決方法:重新貼片或者更換測點(diǎn)或使用半橋接法接入另一個(gè)沒有變形的應(yīng)變片。半橋接法接入另一個(gè)沒有變形的應(yīng)變片。313 現(xiàn)場試驗(yàn)測試現(xiàn)場試驗(yàn)測試 2
13、 2、工頻、工頻50Hz50Hz信號干擾嚴(yán)重信號干擾嚴(yán)重 工頻干擾嚴(yán)重是由于接地不好造成的,解工頻干擾嚴(yán)重是由于接地不好造成的,解決的方法時(shí)良好接地。決的方法時(shí)良好接地。 良好的接地點(diǎn)可以是:打入地下的長鋼板良好的接地點(diǎn)可以是:打入地下的長鋼板、深入地下的金屬框架結(jié)構(gòu)、接線板地線等。、深入地下的金屬框架結(jié)構(gòu)、接線板地線等。 通過導(dǎo)線將儀器外殼和良好接地點(diǎn)相連。通過導(dǎo)線將儀器外殼和良好接地點(diǎn)相連。324 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)n數(shù)據(jù)采集儀功能: 1)模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號 2)集成放大器的部分功能,如濾波 334 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)nAD位數(shù)n采樣頻率n輸入量程 增益 放大倍數(shù)n輸入噪聲
14、,等效輸入噪聲n失真度 THD, THD+Nn動(dòng)態(tài)范圍,信噪比n通道一致性,幅值,時(shí)間差和相位差n抗混疊濾波,衰減率,阻帶衰減n其他 串?dāng)_,幅值線性度,直流偏置n信號輸入類型:電壓DC,AC、ICP、應(yīng)變、電荷等n數(shù)據(jù)傳輸類型:USB、網(wǎng)口、WIFI、CPCI總線、PXI等344 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采AD芯片發(fā)展n早期 8位、12位、16位n現(xiàn)在 24位 方式 高精度n低噪聲: = 2 AF 否則 混疊n抗混疊濾波n工程應(yīng)用 SF = 2.56 AFn1000 還是 1024nSF=1000, dt=1ms, df=0.9765625HznSF=1024, dt=0.9765625ms
15、, df=1Hzn計(jì)算df時(shí)以1024點(diǎn)FFT為例374 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)輸入量程n量程n10V 1V 100mV 10mV 1mVn增益,放大倍數(shù)n1 10 100 1000 10000384 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)動(dòng)態(tài)范圍DRn指設(shè)備不受噪聲影響能獲得不失真輸出 的測量上限值Ymax和下限值Ymin之比,以dB為單位maxmin20lgYDRY39動(dòng)態(tài)范圍比較n24位雙核采集儀:n可達(dá)160dBn24位單核采集儀:n通常110120dB ,理論144dBn16位采集儀:n通常6080dB,理論96dBn12位采集儀n通常5060dB,理論72dB4 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)404
16、 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)16bit AD(80dB)24bit AD(120dB)dB16014012010080604020010V1V100mV10mV量量程程10V1mV1V100mV10V160dBV101100m10m1m100u10u1u0.1u24bit 雙核雙核(160dB)414 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)輸入噪聲n輸入短路,電阻小于50歐姆n增益1倍時(shí),測量到的信號為輸入噪聲n增益大于1時(shí),則為等效輸入噪聲n折合到輸入端n為實(shí)際硬件噪聲 除以 增益倍數(shù)n例如n1 mV rms 增益1倍,10V量程n100 uV rms 增益10倍,1V量程n10 uV rms 增益100倍
17、,100mV量程n1 uV rms 增益1000倍,100mV量程424 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)輸入噪聲nINV系列24Bit采集儀n30uV rms 10V量程n增益后,折合到輸入端n0.3uV rms 增益100倍, 100mV量程n一般16bit采集儀n200500 uV rms 10V量程n增益后,折合到輸入端n2050 uV rms 增益10倍,1V量程n0.20.5 uV rms 增益1000倍,10mV量程434 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)信噪比SNRn指信號功率Ns與干擾(噪聲)功率Na之比,以dB為單位n有時(shí)也用信號電壓和噪聲電壓之比來表示20lgsaNSNRN444 數(shù)采相
18、關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)信號失真nTHD 總諧波失真n例如 0.01% = 0.0001 = -80dBn總失真 THD+N454 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)通道一致性n任意兩通道,輸入完全相同信號n測量結(jié)果的幅值比和相位差n幅值一致性 n如0.1dB 為 1.0116,相差 1.16%n相位一致性 高級高級中級中級低級低級幅幅 值值0.1dB0.3dB0.5dB相相 位位135464 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)通道一致性474 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)抗混疊濾波n采樣定理 SF = 2AFn采樣前必須濾除 SF/2以上頻率的信號n注意:必須采樣前的模擬濾波,n 不可采樣之后再進(jìn)行數(shù)字濾波484 數(shù)采相
19、關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)濾波器指標(biāo)n倍頻程衰減率 dB/Oct (24位 -300dB/Oct)n阻帶衰減 dB (24位 90dB)存在存在過渡帶過渡帶常用常用SF/2.56494 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)信號輸入方式n24位或多核采集儀n高精度,高動(dòng)態(tài)范圍,高抗混濾波n大大省略信號放大調(diào)理器等二次儀表電壓型傳感器ICP型聲壓傳感器電荷型壓電傳感器應(yīng)變片傳感器ICP型振動(dòng)傳感器INV2030 -24Bit或雙核采集儀電壓信號504 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)據(jù)傳輸方式n基于計(jì)算機(jī)的外設(shè)端口方式nRS232(COM),LPT,GPIB,1394,USB1.1/2.0,LAN等n基于計(jì)算機(jī)的內(nèi)部總線方
20、式nISA,ESA,PCI,PCMCIA,VXI,CPCI,PXI等n無線傳輸n射頻、Wifi等514 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)外設(shè)端口傳輸方式n采集儀獨(dú)立于PC,通過端口連接nGPIB,RS232 ,速度很低nLPT并口,速度較低,穩(wěn)定性差nUSB1.1 ,速度較低,穩(wěn)定,便捷n1394 , 速度較快,通用性很差nUSB2.0 ,速度較快,穩(wěn)定,可直接供電nLAN,速度較快,穩(wěn)定,級聯(lián)性好, LXIn推薦:USB2.0 和 LAN524 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)USB2.0 VS LANnUSB2.0n優(yōu)點(diǎn):可操作性較好,即插即用,不影響其他設(shè)備n缺點(diǎn):級聯(lián)性能較差,傳輸線很短nLANn優(yōu)點(diǎn)
21、:級聯(lián)性能很好,遠(yuǎn)距離、無線n缺點(diǎn):操作性稍差(需設(shè)置IP地址),占用網(wǎng)口534 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)內(nèi)部總線傳輸方式n采集儀與計(jì)算機(jī)為一體n臺(tái)式PC: ISA和EISA(性能低),PCIn筆記本PC:PCMCIA,性能低nVXI:規(guī)模大,使用少nCPCI/PXI:目前較為普及n推薦: CPCI/PXI54nPCI 通用,普通計(jì)算機(jī)n 速度快,數(shù)目局限24,無時(shí)鐘同步功能nCPCI CompactPCI機(jī)箱n速度快,數(shù)目理論上可達(dá)256,無時(shí)鐘同步n非常普及的工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)n改進(jìn)CPCI,增加時(shí)鐘同步功能nPXI 基于CPCI發(fā)展,PXI機(jī)箱n比普通CPCI增加時(shí)鐘同步等功能4 數(shù)采相關(guān)知識(shí)
22、數(shù)采相關(guān)知識(shí)PCI 、CPCI、PXI554 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)CPCI/PXI vs USB/LAN外端口n內(nèi)部總線CPCI/PXIn速度快,可實(shí)現(xiàn)多通道的高速采樣n堅(jiān)固的機(jī)箱,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠n內(nèi)置嵌入電腦,成本較高n外部端口USB/LAN等n速度相對較低或通道較少n需要注意連接線的可靠性n便捷方便,靈活連接不同計(jì)算機(jī)56數(shù)據(jù)傳輸方式n無線WIFI射頻方式n優(yōu)點(diǎn):無傳輸導(dǎo)線,內(nèi)置存儲(chǔ),無需外供電n缺點(diǎn):級聯(lián)性差,傳輸距離有限,易丟點(diǎn),采樣速度低4 數(shù)采相關(guān)知識(shí)數(shù)采相關(guān)知識(shí)57dB 分貝n聲音基準(zhǔn) 20 uPan振動(dòng)基準(zhǔn) 1E-6 m/ssn無特殊要求,基準(zhǔn)為1)log(200AAdB n
23、線性乘以10倍,dB增加20n線性乘以2倍,dB增加6n0dB 表示 A = A0nA必須大于0n3dB 1.412 2n6dB 1.995 2n10dB 3.162 = 10n20dB 105 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)585 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)信號采樣n動(dòng)態(tài)信號數(shù)字化動(dòng)態(tài)信號數(shù)字化n采樣:也稱抽樣,是信號在時(shí)間上的離散化;即按照一定時(shí)間間隔t在模擬信號x(t)上逐點(diǎn)采取其瞬時(shí)值。595 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)n量化:是對幅值進(jìn)行離散化,即將實(shí)際連續(xù)的振動(dòng)幅值歸到接近的二進(jìn)制量化電平表示。605 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)采樣和量化示意615 信號處理基本
24、知識(shí)信號處理基本知識(shí)采樣頻率和信號混疊n采樣定理采樣定理n采樣頻率 SF 必須大于信號頻率fs的2倍,即SF2fs通常取2.56倍以上n不滿足采樣定理將造成信號混疊,信號混疊就是把本該是高頻的信號誤認(rèn)為低頻信號625 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)采樣頻率的選取n首先必須滿足采樣定理,對于不感興趣的較高頻率,可以使用抗混濾波器濾除。n若重點(diǎn)為時(shí)域波形,則應(yīng)盡量提高采樣頻率SF,使時(shí)間間隔t較小,SF2050倍fs之間n若重點(diǎn)為頻譜分析,則應(yīng)盡量降低采樣頻率SF,使頻率間隔f較小,SF2.5625.6倍fs之間時(shí)間間隔時(shí)間間隔 SFt1頻率間隔頻率間隔 NSFf N FFT計(jì)算的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)計(jì)算的
25、數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù) 635 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)645 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)標(biāo)定值問題標(biāo)定值問題 n從傳感器、放大器、濾波器等到AD采樣的全過程中,結(jié)構(gòu)振動(dòng)的1個(gè)工程單位(EU)轉(zhuǎn)變?yōu)?A個(gè)mV電壓,則系統(tǒng)標(biāo)定值為 A (mV/EU)。n一般情形為 傳感器靈敏度 放大器放大倍數(shù)。n精確測定系統(tǒng)標(biāo)定值,常常通過振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行標(biāo)定。n 655 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)抗混疊濾波n采樣定理只保證了信號不被歪曲為低頻信號,但不能保證不受高頻信號的干擾n在采樣前,應(yīng)把比所需信號fs更高的頻率成分濾掉,這就是抗混濾波665 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)采樣長度和頻率分辨率n采樣長度即
26、采樣時(shí)間的長短n采樣時(shí),首先要保證能反映信號的全貌n兼顧考慮信號平均的要求,減少計(jì)算量等因素,采樣長度不宜過長n采樣點(diǎn)數(shù)N 一般選為2m 的倍數(shù),使用較多的有512、1024、2048、4096個(gè)樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)n給定分析頻率時(shí),采樣長度(T)越大,則f 便越小,即分辨率越高,可見頻率分辨率是與采樣長度呈反比675 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)信號截?cái)鄋計(jì)算機(jī)每次只能對有限長度(如1024 點(diǎn))的離散數(shù)據(jù)進(jìn)行分析n原先連續(xù)的時(shí)域信號,要截?cái)喑扇舾晒潭ㄩL度的信號,再由計(jì)算機(jī)對被截取的信號一段段進(jìn)行分析n截?cái)鄷?huì)使頻譜分析精度受到影響685 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)泄漏n整周期截?cái)嘀芷谛孕盘枱o
27、精度損失n非整周期截?cái)鄬⑹剐盘柌ㄐ蝺啥水a(chǎn)生突變,會(huì)產(chǎn)生原信號中不存在的頻率成分,稱為泄漏;即原先集中的頻率信息泄漏到旁邊頻段去了n截?cái)嚯S機(jī)信號使原來連續(xù)的頻譜出現(xiàn)皺紋,即皺紋效應(yīng);也會(huì)頻譜影響精度n信號截?cái)嘣斐尚盘柺д?,進(jìn)而產(chǎn)生泄漏695 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)信號截?cái)嘈孤┦疽?05 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)加窗n加窗的主要目的是減少泄漏誤差n加窗的主導(dǎo)想法是用比較光滑的窗函數(shù)代替截取信號樣本的矩形窗函數(shù),對截?cái)嗟臅r(shí)序信號進(jìn)行特定的不等加權(quán),使被截?cái)嗟牟ㄐ蝺啥送蛔冏兊闷交琻工程上常用的是矩形窗、漢寧窗、平頂窗、力/指數(shù)窗等715 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)加窗加權(quán)函數(shù),
28、目的是為使信號滿足FFT變換要求,以最小化泄漏,但不能消除泄漏是一個(gè)令人討厭的東西,但又離不開它所有窗函數(shù)都會(huì)使數(shù)據(jù)失真:使測量的峰值失真,增大了結(jié)構(gòu)的阻尼,相比泄漏造成的嚴(yán)重畸變而言,還是更能讓人接受加窗會(huì)引起數(shù)據(jù)失真,應(yīng)盡量實(shí)施無泄漏的測量,避免加窗最常用的窗函數(shù)是矩形窗、漢寧窗,平頂窗和力窗/指數(shù)窗725 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)常用窗函數(shù)波形和譜圖735 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)窗的特性和加窗原則n沖擊過程和瞬態(tài)過程的測量,應(yīng)該使用矩形窗(也稱力窗)n隨機(jī)和周期激振信號,多用Hanning 窗n自由衰減信號,多用指數(shù)窗類型E N BW幅值應(yīng)用場合矩形窗1.04dB未知的
29、周期信號漢寧窗1.51.5dB大多數(shù)一般用途平頂窗3.80.02dB 要求幅值精度,多用于校準(zhǔn)用Kaiser-Bessel1.81dB要求相對高的幅值精度和頻率分辨率745 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)信號加窗示意755 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)濾波n濾波的主要目的:使噪聲與有用信號分離,并予以抑制和消除,以提高信噪比n基本類型:低通、高通、帶通和帶阻n濾波方式:模擬濾波和數(shù)字濾波兩種765 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)幅域分析n振動(dòng)幅值是振動(dòng)強(qiáng)弱的一種度量,是信號分析最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)n幅域統(tǒng)計(jì)指標(biāo):最大值、最小值、峰峰值、均值、方差、有效值等;對隨機(jī)信號,均值、方差、概率密度和概
30、率分布函數(shù)等n峰值反映動(dòng)態(tài)信號瞬時(shí)絕對值得最大值n均值反映信號中心位置和變化的平均水平n方差反映信號在中心位置上的波動(dòng)程度n均方值(有效值平方)反映信號動(dòng)態(tài)與靜態(tài)總的平均能量水平775 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)概率分析概率分析n描述數(shù)據(jù)在幅值域的分布n1 概率密度函數(shù):描述信號的幅值在某一個(gè)范圍內(nèi)的概率n2 概率分布函數(shù):描述信號的幅值小于某個(gè)值的概率785 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)典型信號的概率密度函數(shù)795 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)時(shí)域分析:相關(guān)函數(shù)分析n相關(guān):是指變量之間的線性關(guān)系n相關(guān)分析:反映信號之間的相關(guān)性 n兩種相關(guān)函數(shù):n自相關(guān)函數(shù):是描述信號x(t)一
31、個(gè)時(shí)刻的取值與另一個(gè)時(shí)刻的取值之間的依賴關(guān)系n互相關(guān)函數(shù):是對兩個(gè)信號x(t)和y(t)進(jìn)行分析的,描述x(t)一個(gè)時(shí)刻的取值與y(t)另一個(gè)時(shí)刻的取值之間的依賴關(guān)系n自相關(guān)系數(shù)和互相關(guān)系數(shù)的值總是在-1,1的區(qū)間上805 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用n自相關(guān)函數(shù):n判斷原信號的性質(zhì)n檢測混于隨機(jī)噪聲中的確定性信號n其傅立葉變換可以求得信號的功率譜密度n互相關(guān)函數(shù):n互相關(guān)函數(shù)在時(shí)間位移等于信號通道系統(tǒng)所需時(shí)間時(shí),將出現(xiàn)峰值;即系統(tǒng)的時(shí)間滯后直接可用輸出輸入互相關(guān)函數(shù)中峰值的時(shí)間位移來確定n利用互相時(shí)延和能量信息可對傳輸通道進(jìn)行識(shí)別n其傅立葉變換可以求得信號的互功率譜密度815 信號處理基本知識(shí)信號處理基本知識(shí)頻譜分析n頻譜分析:就是將在時(shí)間域變化的信號變換為在頻(率)域中有效值或均方值隨頻率的分布n基本方法:(快速)傅立葉變換(FFT:Fast Fo
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