基于MATLAB的振动信号采集与分析系统的研究

摘要

本文研究的主要目的是开发可以实时采集与分析振动信号的软件系统。编写实时数据采集程序和实时数据分析程序，同时开发了输入未知情况下模态参数识别程序。系统仅基于一种编程语言平台—MATLAB，增强了软件的可维护性、可移植性等性能。系统主要包括如下几部分： 首先，开发了数据采集模块。应用的主要硬件是研华公司的PCI-1712采集卡与压电式传感器。第一步：建立硬件与软件平台之间的联系。第二步：开发实时数据采集程序。主要依据MATLAB的数据采集工具箱的编程规则编程。同时，利用PCI-1712采集卡的先进先出的缓冲特点。将一定时间间隔的数据从缓冲区删除(这里需要保证删除掉的数据已经进行了保存)进而采集新的数据，以保证数据的实时性。 其次，利用MATLAB中的信号处理工具箱实现了振动信号的实时处理，包括如下四部分内容：信号预处理：消除趋势项，平滑处理等；信号时域处理：滤波处理、相干函数等；信号时域处理，主要包括各种谱函数：自相关函数、自功率谱密度函数、频响函数等；模态参数识别：频域法识别、时域法识别，进行结构的模态、阻尼比、振型识别。上述信号处理功能的实现主要依赖于MATLAB强大的计算功能以及完善的库函数。 再次，利用MATLAB强大的矩阵运算功能实现几何模型和振型的动画显示。 最后，利用MATLAB的图形用户界面功能，开发出了友好的、功能强大的系统操作界面。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1论文的研究背景及意义

1.2国内外振动信号采集与分析软件的现状

1.3论文研究的主要内容

2系统的设计方案

2.1软件设计的基本思想与特点

2.2系统的主要构成模块

2.3系统设计的硬件平台

2.4系统的软件设计平台

2.4.1 MATLAB简介

2.4.2 MATLAB图形用户界面功能

2.5本章小结

3信号采集、显示系统

3.1 PCI-1712多功能I/O卡基本开发方法

3.2数据采集的缓冲技术

3.3多线程技术

3.3.1多线程机制

3.3.2线程的分类

3.3.3线程间通信的方式

3.4系统编程实现

3.4.1数据采集工具箱简介

3.4.2数据采集过程

3.5数据的查看、显示

3.6文件的处理

3.7本章小结

4信号分析系统

4.1数据实时分析原理

4.2信号的预处理

4.3信号的时域处理

4.3.1 IIR数字滤波器的MATLAB设计

4.4信号的频域处理

4.4.1功率谱估计

4.4.2频响函数

4.4.3相干函数

4.5本章小结

5模态分析系统

5.1模态分析理论基础

5.2模态参数识别法原理

5.2.1有理多项式识别法

5.2.2 ITD识别法

5.3几何信息/自由度的实现

5.3.1几何模型模块的框架结构

5.3.2几何模型的生成

5.3.3人机界面显示系统

5.4参数识别编程实现

5.4.1有理多项式识别法的编程实现

5.4.2 ITD参数识别法编程实现

5.5模态参数识别界面

5.6本章小结

6结论与展望

6.1总结及结论

6.2问题与展望

参考文献

致谢