廣東工業(yè)大學(xué)《測試技術(shù)與信號(hào)分析》測試實(shí)驗(yàn)報(bào)告

測試技術(shù)與信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告機(jī)械轉(zhuǎn)子底座的振動(dòng)測量和分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握磁電式速度傳感器的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用。2．掌握振動(dòng)的測量和數(shù)據(jù)分析。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求先利用光電式轉(zhuǎn)速傳感器測量出電機(jī)的轉(zhuǎn)速；然后利用磁電式速度傳感器測量機(jī)械轉(zhuǎn)子底座在該電機(jī)轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)速度；對測量出的振動(dòng)速度信號(hào)進(jìn)行頻譜分析；找出振動(dòng)信號(hào)的主頻與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)步驟1．啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)程序“機(jī)械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)測量.exe〞;輸入個(gè)人信息，也可以啟動(dòng)之后通過單擊“修改〞按鈕修改個(gè)人信息。2．單擊“采樣設(shè)置〞按鈕，輸入采集卡連接磁電速度傳感器的采樣通道號(hào)，批量采樣頻率〔建議設(shè)為10KHz〕、批量采樣點(diǎn)數(shù)〔建議設(shè)為10000〕。3．翻開轉(zhuǎn)子電機(jī)的電源，單擊“單點(diǎn)采樣〞。4．旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速,觀察圖形區(qū)顯示的磁電速度傳感器采集到的轉(zhuǎn)子底座振動(dòng)信號(hào)；如果振動(dòng)信號(hào)比擬小，可適當(dāng)提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。5．轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的測量：(1)單擊“采樣設(shè)置〞按鈕，輸入采集卡連接光電轉(zhuǎn)速傳感器的采樣通道號(hào)、批量采樣頻率〔建議值為10KHz〕、批量采樣點(diǎn)數(shù)〔建議值為10000〕。(2)單擊“批量采樣〞按鈕，開始采樣；采樣完成之后，采集到的波形信號(hào)會(huì)顯示在圖形窗口，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出轉(zhuǎn)子的速度并顯示出來。記錄下此時(shí)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速〔單位：r/s〕。(3)再重復(fù)步驟(2)測量2次。以三次測量的平均值作為此時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果單點(diǎn)采樣采集通道6,測量3組數(shù)據(jù)類組123平均值轉(zhuǎn)速〔r/m〕304305300303轉(zhuǎn)速(r/s)55556．振動(dòng)信號(hào)的測量和頻譜分析：(1)單擊“采樣設(shè)置〞按鈕，輸入采集卡連接磁電速度傳感器的采樣通道號(hào)、批量采樣頻率〔建議設(shè)為10KHz〕、批量采樣點(diǎn)數(shù)〔建議設(shè)為10000〕。(2)單擊“批量采樣〞按鈕，開始采樣；采樣完成之后，采集到的波形信號(hào)會(huì)顯示在圖形窗口。如果信號(hào)不正常，重復(fù)點(diǎn)擊“批量采樣〞按鈕(3)單擊“保存〞按鈕，將采集到的磁電傳感器的信號(hào)數(shù)據(jù)保存為文本文件。文件必須保存到“C:\ExperiData\〞目錄下。可單擊“保存設(shè)置〞更改文件名。(4)翻開剛保存的文本文件，文件前面幾行保存了個(gè)人信息、采樣頻率、采樣通道、保存的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)等信息。文件中共有四列數(shù)據(jù)，第一列為數(shù)據(jù)的序號(hào)，第二列為磁電傳感器檢測到的數(shù)據(jù)。(5)將文本文件另存為No1.txt，刪除文本文件“No1.txt〞開頭包含有漢字的前7行〔有5行漢字，2個(gè)空格行〕。刪掉文件前面幾行漢字是為了將數(shù)據(jù)導(dǎo)入matlab。磁電傳感器的信號(hào)數(shù)據(jù)采樣通道為5，系統(tǒng)的采樣頻率f=1000Hz。數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù)：10000，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的方波的個(gè)數(shù)：2。序號(hào)電壓/V歸一電壓/V行末標(biāo)志符1+4.3823+1.00001010102+4.3945+1.00001010103+4.3994+1.00001010104+4.4019+1.00001010105+4.3896+1.00001010106+4.3872+1.00001010107+4.3896+1.00001010108+4.3970+1.00001010109+4.3994+1.0000101010…….9995+4.3872+1.00001010109996+4.3848+1.00001010109997+4.3896+1.00001010109998+4.3774+1.00001010109999+4.3945+1.000010101010000+4.3872+1.0000101010啟動(dòng)matlab，將“C:\ExperiData\〞目錄設(shè)為matlab的當(dāng)前工作目錄。在matlab的命令窗口中輸入experi7并回車，matlab會(huì)運(yùn)行當(dāng)前目錄下experi7.m文件完成振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析。繪出信號(hào)的時(shí)域波形、功率譜圖，并計(jì)算出信號(hào)的主頻。截屏保存圖形。圖一時(shí)域波形、功率譜圖7．比照轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(r/s)與測得的振動(dòng)信號(hào)的主頻。8．改變〔建議增大〕轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，重復(fù)步驟5和步驟6，觀察振動(dòng)信號(hào)的主頻是否會(huì)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化而變化。保存數(shù)據(jù)時(shí)注意更改文件名，不要覆蓋掉前面的數(shù)據(jù)文件。9．將保存的數(shù)據(jù)文本文件和experi7.m文件拷貝回去，用于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理分析；仔細(xì)閱讀experi7.m，在看懂了experi7.m文件根底上進(jìn)行修改，對振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行其它的分析處理，如濾波、幅值譜、自相關(guān)函數(shù)、自功率譜等〔課后完成〕。編寫程序如下：loadNo3.txt;fs=10*1000;%采樣頻率N=1024*8;%抽樣數(shù)，一般要求取為2^n,如128,256,512,1024,2048,4096,8192,16384,32768等，%應(yīng)該小于采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù),但至少要包含1個(gè)以上波形。t=No3(:,1)/fs;%從數(shù)組No1中取出第一列，再除以采樣頻率得到采樣時(shí)間y=No3(:,2);%從數(shù)組No1中取出第二列，得到采樣數(shù)據(jù)ym=mean(y);%求平均值，找出信號(hào)中的直流分量y=y-ym;%減去平均值，剔除信號(hào)中的直流分量[R,tao]=xcorr(y,600,'coeff');subplot(2,2,1);plot(1000*t,y);%畫濾波圖xlabel('時(shí)間/ms')ylabel('濾波');subplot(2,2,2);plot(tao,R);%畫自相關(guān)函數(shù)圖xlabel('滯后');ylabel('自相關(guān)函數(shù)');x_n=xcorr(y,600,'coeff');Yf=fft(x_n,N);%進(jìn)行fft變換〔離散信號(hào)的快速傅里葉變換〕，求信號(hào)的頻譜X(f)f=fs*(0:length(Yf)/2)/length(Yf);%進(jìn)行對應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換，求出頻譜的橫坐標(biāo)Pyy=Yf.*conj(Yf)/N;%求信號(hào)的功率譜subplot(2,2,3);plot(f,Pyy(1:(N/2+1)))%畫功率譜[Pymax,fi]=max(Pyy(1:(N/2+1)));%求出最大功率值及其索引號(hào)fifm=f(fi)%根據(jù)索引號(hào)求出主頻，即功率最大的頻率成分的頻率title(['自功率譜，主頻fm=',num2str(fm),'Hz'])xlabel('頻率(Hz)')mag=abs(Yf);%求幅值譜,等于|X(f)|subplot(2,2,4);plot(f,mag(1:(N/2+1)))%畫幅值譜[mgmax,mi]=max(mag(1:(N/2+1)));%求出最大功率值及其索引號(hào)mifm=f(mi)%根據(jù)索引號(hào)求出主頻，即功率最大的頻率成分的頻率title(['幅值譜，主頻fm=',num2str(fm),'Hz'])xlabel('頻率(Hz)')圖二濾波、幅值譜、自相關(guān)函數(shù)、自功率譜圖四、結(jié)論由小組的數(shù)據(jù)比擬觀察可知振動(dòng)信號(hào)的主頻是會(huì)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變大而增大并且存在一定的線性關(guān)系。五、對思考題的答復(fù)。1.簡述利用磁電速度傳感器測量轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座振動(dòng)的原理。磁電速度傳感器的輸出電壓與振動(dòng)速度成正比，故又稱速度式振動(dòng)傳感器。其輸出可以是速度值的大小，也可以是把速度量經(jīng)過積分轉(zhuǎn)換成位移量信號(hào)輸出。這種測量可對旋轉(zhuǎn)或往復(fù)式機(jī)構(gòu)的綜合工況進(jìn)行評(píng)價(jià)。是利用磁電感應(yīng)原理把振動(dòng)信號(hào)變換成電信號(hào)。在傳感器殼體中剛性地固定有磁鐵，慣性質(zhì)量〔線圈組件〕用彈簧元件懸掛于殼體上。工作時(shí)，將傳感器安裝在機(jī)器上，在機(jī)器振動(dòng)時(shí)，在傳感器工作頻率范圍內(nèi)，線圈與磁鐵相對運(yùn)動(dòng)、切割磁力線，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓值正比于振動(dòng)速度值。與二次儀表相配接〔如OD9000振動(dòng)系列儀表〕，即可顯示振動(dòng)速度或振動(dòng)位移量的大小。也可以輸送到其它二次儀表或交流電壓表進(jìn)行測量。2.常用的振動(dòng)信號(hào)測量方式有那些？振動(dòng)量的常用測量方法三種：〔1〕、機(jī)械式測量方法：主要用杠桿放大原理或慣性原理加上杠桿放大原理。〔2〕、電測法：將振動(dòng)參量〔位移、速度、加速度〕轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)電子系統(tǒng)放大后進(jìn)行測量記錄的方法?！?〕、光測法：把振動(dòng)參量轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)放大后，加以測量和記錄。3．根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，分析轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座振動(dòng)產(chǎn)生的原因。由于設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)不均勻以及制造安裝誤差等原因，所有實(shí)際轉(zhuǎn)子的中心慣性主軸都或多或少的偏離其旋轉(zhuǎn)軸線。這樣，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子各微元質(zhì)量的離心慣性力所組成的力系不是一個(gè)平衡力系。這種情況稱為轉(zhuǎn)子具有不平衡或失衡。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)主要是由不平衡引起的，尤其在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中表現(xiàn)得更為顯著。在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)的不平衡、負(fù)載的不均勻、結(jié)構(gòu)剛度的各異性、間隙、