振动检测仪中自由衰减振动信号频谱校正的研究

摘要

无损检测是工业发展必不可少的有效工具，随着无损检测技术应用与推广，其中振动信号分析法是当前应用最广泛的技术之一，可以用于机械设备故障检测、电子对抗、图像处理等许多领域的生产实践中。
　　本文在认真学习和深入分析数字信号处理器（DSP）的理论基础上，对以DSP为核心的振动探伤仪提出了一种新的改进方案。首先，基于振动探伤仪的实时性要求，本文提出利用CCS2.2（CodeComposerStudio）自带的DSPLIB库中的FFT函数对接收到的信号进行傅里叶变换处理。由于DSPLIB库是优化后的汇编程序，C语言对其可调用编程，且其兼容性强、计算速度快，要比单纯的C语言程序或单纯的汇编好的多，这就提高了振动探伤仪的灵敏性。系统用液晶显示器作为人机交换的平台，提供了良好的界面，与键盘和光电旋钮配合使用，使系统更便于操作与控制。
　　由于频谱泄露与栅栏效应引起频谱幅值的失真，本文在分析加窗后信号频谱产生的幅值误差的基础上，依据各窗函数的幅值恢.复系数的原则，系统地比较了四种窗函数的幅值误差，本文利用双窗函数法及幅值恢复法来改善频谱的幅值。由于实际工程应用不可避免地对信号产生干扰，本文利用小波包对自由衰减振动信号消噪，由仿真结果可以看出，小波包消噪效果很明显。
　　由于自由衰减振动信号是具有连续频率成分的信号，而目前对这类信号频谱校正研究还不深入。为了提高振动探伤仪的频谱估计的精度，在分析频谱细化的基础上，本文提出一种对自由衰减振动信号的频率进行估计的方法：先对信号进行FFT变换，并对信号频谱的峰值定位；然后，借助峰值及其临近的、且取得极大值的3个频率点上的频谱数值,利用高斯拟合法来逼近这4个点上的谱线真值，由此得到拟合曲线的参数，找出更为精确的峰值，利用两次拟合得到的曲线峰值计算阻尼比。仿真分析及工程试验结果都表明该方法可以有效地提高检测精度，而且计算量相对较小。

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目录

1 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的研究现状

1.3 课题的研究内容及意义

2 信号频谱分析的基本原理

2.1 FFT算法的原理

2.2 频谱误差分析

2.3 窗函数

3 自由衰减振动信号

3.1 自由衰减振动

3.2 自由衰减振动信号的消噪

4 自由衰减振动信号的频谱校正

4.1 FFT+FT连续细化

4.2 高斯函数拟合校正分析

5 基于DSP的振动探伤仪系统设计与实现

5.1 振动探伤仪的设计及主要模块功能

5.2 数据采集模块

5.3 FPGA及显示控制模块

5.4 数据处理模块

5.5 系统软件的实现

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附 录