测试系统与信号处理实训报告

2013~2014学年第二学期测试系统与信号处理实训报告学院：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器班级：11级测控一班姓名：学号：联系电话：指导老师目录1.DASP工程版使用方法1.1DASP工程版基本操作1.2信号示波和采样1.3时域波形分析1.4FFT自谱分析1.5测量车床振动1.5.1车床空转振动－DASP信号示波和采样1.5.2低速逆铣车床空转振动1#&-时域波形分析1.5.3低速逆铣车床空转振动1#&-DASP自谱分析1.5.4低速顺铣车床空转振动1#&-时域波形分析1.5.5低速顺铣车床空转振动1#&-DASP自谱分析1.5.6高速600r/min逆铣车床空转振动1#&-时域波形分析1.5.7高速600r/min车床空转振动1#&-DASP自谱分析1.6声波和声压振动的测量1.6.1声波形测量－DASP逆铣频域测量报告1.6.2声波形测量－DASP逆铣测量报告1.6.3声波形测量－DASP顺铣频域测量报告1.6.4声波形测量－DASP顺铣时域测量报告2.MATLAB的实训内容2.1MATLAB的频域分析2.2MATLAB相关分析3.INV1612_型多功能柔性转子实验系统3.1转子临界转速测量3.2滑动轴承油膜涡动和油膜振荡3.3转子非接触测量径向振动和轴向位移3.4转子启停机转速谱阵4.INV1601型振动与控制教学实验系统4.1用“双踪示波比较法”测量简谐振动的频率.5.实训总结参考文献1.DASP工程版使用方法1.1DASP工程版基本操作从主菜单中点击“DASP-ET普及型”按钮，即可进入普及型软件，其界面如图1.1所示，其中菜单“操作”下可以选择不同的功能模块，进入每种功能模块后，又可以通过“结果输出”菜单下的各子菜单项实现测量或分析结果的不同方式的输出。这些菜单项在工具条中均有相应的按钮。点击工具条的“数据浏览”，可以浏览DASP采样数据的名称和对应的采样参数、说明等信息，并可以对采样参数进行更改。点击工具条的“结果浏览”，可以浏览DASP各种分析模块保存的分析结果文件名称，并可以直接调出各结果。点击工具条的“示波采样”，可以打开“信号示波和采样”窗口，进行信号的示波和各种采样操作。点击工具条的“时域分析”，将出现“选择分析数据”的对话框从中可以选择要进行分析的数据，然后打开“时域波形分析”窗口，进行各种时域波形分析。点击工具条的“自谱分析”，将出现“选择分析数据”的对话框（详细操作参见1.2），从中可以选择要进行分析的数据，然后打开“FFT自谱分析”窗口，进行各种自谱分析操作。进入某一种窗口，在进行一定的采样或者分析操作后，可以通过“结果输出”菜单功能将当前的结果通过几种方式输出。1.2信号示波和采样点击工具条的“示波采样”按钮，即可进入信号示波和采样模块，此时出现如图1.2的子窗口，其中上部的按钮可以进行基本的设置、示波和采样操作，左侧的操作控制区则可以进行各种设置，包括显示方式、样参数等。窗口主体部分为图形显示区，其中显示示波和采样过程中的各种波形、频谱以及参数信息等。1.2.1示波采样的参数设置按“设置[P]”按钮，或者按键盘的[P]键，可以调出采样参数对话框，从中可以设置各种示波和采样的参数，如图1.2.1所示。其中各项内容如下：图1.2.1采样参数设置对话框1.2.1.1文件参数设置试验名：此处可以输入测量试验的名称，在DASP中均称为试验名，通常由若干简单的字母组成。注意：由于试验名将用于文件命名，因此试验名必须符合计算机文件命名规范，不要使用特殊字符；试验号：实际测量试验中，可能要进行多次采样，可以使用不同的试验号标识各次测量的数据，试验号建议使用数字，易于以后的批量分析和自动分析。试验号也可以使用字母，但同样必须符合计算机文件命名规范；在其右侧有一个“自动增加”的选择框，选中后DASP在每次采样完毕后，自动将试验号加1，这样在进行多次测量时，可以免去重复更改试验号的工作。路径：采样数据将存放的计算机路径（文件夹）。试验描述：此部分内容为描述性文字，用于描述试验的对象和工况等信息文字，亦可不填写。试验对象：描述试验的对象名称等任何文字信息；试验工况：描述试验的工况环境等任何文字信息。1.2.1.2采样参数设置采样方式：可以选择三种不同的采样方式：1)随机采样，即自由采样，此方式下，DASP在得到采样命令后（按下“采样”或者“边采边显”），立即开始信号采样；2)触发采样：此方式下要求设置一些触发采样参数，在DASP得到采样命令后，并不立即开始进行采样，而是等待信号满足触发条件后才开始进行采样。此时的参数设置对话框中将出现“触发参数”栏，从中可以设置各种触发参数。3)多次触发采样：此方式下也要求设置一些触发采样参数，类似触发采样，只有当信号满足触发条件时才开始采样，但是多次触发采样可以在一次采样过程中，进行多次触发采样。此时的采样参数设置对话框也有所不同，其中不仅要进行触发参数的设置，还要进行多次触发参数的设置。1.2.1.3采样通道设置通道测点号和标定值：此栏中设置采样的通道数目和各通道的测点信息。采样通道数目：设置采样的通道数，最大采样通道数根据不同型号的采集仪而不同。表格：在表格中有7列，若干行，行数跟据采样通道数而定。1.2.1.4采样通道标定在通道参数表格中点击第七列的“标定”按钮，即可对某个采样通道进行系统标定。。标定时将出现如图1.2.5的对话框，各项设定如下：图1.2.5采样通道系统标定1.2.2示波和采样操作在正确设置完毕采样参数后，即可开始进行示波或采样操作。按“示波[O]”按钮，或者按键盘的[O]键即可开始进行信号示波，此时要求计算机已经正确连接了对应的采集仪，否则将出现错误提示信息。按“采样[S]”按钮，或者按键盘的[S]键即可开始进行信号采样，此时将在屏幕中央部位显示采样状态和进度信息。采样完毕后，将自动调出信号波形进行回放显示，参见2.2.3节。在采样过程中，若要随时停止，则可以按“停止[Q]”按钮，或者按键盘的[Q]键可立即停止采样。按“边采边显[M]”按钮，或者按键盘的[M]键即可同时开始信号的示波和采样，即在采样的同时进行示波，此时将在屏幕右下角部位显示采样状态和进度信息。采样完毕后，将自动调出信号波形进行回放显示，参见2.2.3节。在采样过程中，若要随时停止，则可以按“停止[Q]”按钮，或者按键盘的[Q]键可立即停止采样。采样暂停：若选择随机采样方式，则在进行采样或者边采边显过程中，将在“停止[Q]”按钮的右侧出现“暂停采样[N]”的按钮，按此按钮或者按键盘的[N]键，可以随时暂停采样过程，直到按下“继续采样[N]”或者键盘的[N]键，采样将继续进行。1.2.4显示和分析操作在窗口左部的操作控制区中有各种选择按钮和旋钮等，通过它们可以进行显示和分析的操作。1.2.4.1自定义显示内容在窗口左部的操作控制区中有“自定义显示内容”按钮,点击将出现“设置显示内容”对话框，从中可以设置一些显示内容；如图1.2.9所示：图1.2.9设置显示内容对话框1.3时域波形分析点击工具条的“时域分析”按钮，将出现“选择分析数据”对话框，从中可以选择需要进行分析的采样数据，选择完毕后，即可进入信号时域波形分析模块，此时出现如图1.3.1的子窗口其中上部的按钮可以进行波形的滚动、翻页和定位等操作，左侧的操作控制区可以进行各种设置，包括显示方式、分析参数等。窗口主体部分为图形显示区，其中显示调入数据的波形以及参数文字信息等内容。图1.3.1时域波形分析窗口1.4FFT自谱分析点击工具条的“自谱分析”按钮，将出现“选择分析数据”对话框，从中可以选择需要进行分析的采样数据，选择完毕后，将出现“设置自谱分析参数”的对话框，其中要求选择分析方式和各种分析参数。设置完毕分析参数后即可进入FFT自谱分析模块，其中上部的按钮可以进行波形的滚动、翻页和定位等操作，左侧的操作控制区则可以进行各种设置，包括显示方式、分析参数等。窗口主体部分为图形显示区，其中显示调入数据的频谱、波形以及参数文字信息等内容。1.4.1自谱分析方法介绍对于一个振动信号或其它类型的随机信号，有时为了研究其内在规律，需要分析随机信号的周期性，这就需要将信号从时域变换到频域，得到的频谱中每个频率都对应信号的一个周期谐波分量。频谱分析是信号处理中最基本的分析方法之一，广泛应用于各种工程技术领域。自谱分析就是对一个信号进行频谱分析，包括幅值谱(PEAK)、幅值谱(RMS)、功率谱和功率谱密度等。其中幅值谱(PEAK)反映了频域中各谐波分量的单峰幅值，幅值谱(RMS)反映了各谐波分量的有效值幅值，功率谱反映了各谐波分量的能量（或称功率），功率谱密度反映了各谐波分量的能量分布情况。频谱分析通常使用一定长度（例如1024点）FFT分析方法，当信号数据长度大于2倍的1024点时，可以对信号数据采用两种不同的分析方式：全程平均方式和瞬时分析方式，使用全程平均方式时，将整个信号分成若干段数据，分别进行FFT分析，得到各自的频谱之后，再进行平均，最后的结果较全面反映全程数据的频谱特性；当使用瞬时分析时，可以随意选择一段数据，进行FFT分析，得到的频谱就是最后结果，它不能反映全部数据的频谱特性，但反映了当前选择的数据段的频谱特性。FFT为快速傅立叶变换，傅立叶变换本身是连续的，无法使用计算机计算，而离散傅立叶变换的运算量又太大，为提高运算速度，通常使用快速傅立叶变换方法(FFT)，但此时所得到的频谱不是连续的曲线了，具有一定的频率分辨率Δf，且Δf=SF/N，SF为信号采样频率，N为FFT分析点数（常为1024点）。由于频率分辨率的存在，以及时域信号为有限长度等原因，使FFT分析结果具有泄漏的可能，为此常常使用一些措施来消除，如平滑、加窗、能量修正、细化分析等等。当使用FFT分析后，由于频率分辨率造成的泄露原因使频谱主峰的幅值偏小，使用平滑处理可以使频谱主峰的幅值更加准确。由于时域信号的截断造成的泄漏，使用加窗也是一个有效的办法，DASP提供以下几种窗函数：矩形窗、指数窗、hanning窗、Kaiser-Base窗、平顶窗、hamming窗、Y1窗、Y2窗、余弦矩形窗和三角窗，不同的窗函数具有不同的效果，但都可以提高主频处的幅值精度。其中矩形窗相当于没有加窗。为了提高频率分辨率，可以使用各种细化方法，DASP中提供以下几种细化分析方法：FFT/FT细化、ZoomFFT细化、ZOOMBDFT细化、BDFWPS细化、长数据FFT细化等方法。各种细化方法都需要较复杂的过程和较长的运算时间，有时仅仅需要几个频率点处的精确频率值，这就可以使用DASP的频率计技术，快速准确地得到少数几个点的精确频率和幅值。1.4.2设置自谱分析参数在选择完毕分析测点数据后，将出现“设置自谱分析参数”的对话框，其中要求选择分析方式和各种分析参数，选择不同分析方式时对话框形式有所不同。在“分析方式”栏中可以选择两种分析方式：瞬时分析和全程分析，瞬时分析方式下可以选择波形中的任意一页进行自谱分析，而全程分析则是对全程波形进行某种平均方式的分析。两种方式下都要进行“频谱计算参数”栏中各参数的设置，而全程分析方式下还要对“平均参数”栏的参数进行设置。1.5测量车床振动下面既可以做实训，且生成的报告如下所示。1.5.1车床空转振动－DASP信号示波和采样1）采样参数:试验名:车床空转振动试验号:1试验对象:车床振动测试工况:&采样方式:随机采样长度:10k,1.0s采样频率:1024Hz分析频率:400Hz采样通道:1增益:12）结果图形:------------------------------------------------------------------------报告人:何俊丽报告日期:2014年06月09日1.5.2低速逆铣车床空转振动1#&-时域波形分析1）分析参数:试验名:车床空转振动试验号:1试验对象:车床振动测试工况:&采样频率:1024Hz;dt:0.976563ms;数据总长:5s当前显示时间范围:0s～1s2）结果图形:--------