动态信号分析仪声学及振动信号处理算法的实现

摘要

动态信号分析仪用于时域、频域、角域等不同域信号的实时分析，是振动分析、模型分析、电子设计、声学测试等的主要工具，它集成了丰富、高效的信号分析算法，其中包括非常规的声学和振动信号分析算法。
　　本文研究声学及振动信号的处理算法，并对其进行软件实现。因为声学信号的频率范围较宽，通常采用倍频程的方法进行分析，本文针对传统倍频程算法的缺陷，结合项目需求，提出并实现了高精度、任意带宽、实时刷新的多分辨率倍频程算法；旋转机械的振动通常是由引起故障的激振力引起，对于旋转机械来说，由波动转速引起的振动力矩破坏性极强，特别在升降速阶段，在转速变化的情况下其振动信号是非平稳信号，不能用常规的FFT方法进行分析，针对旋转机械的阶次分析方法能够实现对非平稳信号进行分析，本文依据目前国内外对阶次分析的研究现状，结合项目需求，提出并实现了针对旋转机械振动信号的高效、实时、无阶次泄露的阶次分析算法。本文还为这两个算法模块设计了方便数据观察分析的显控软件。具体内容如下：
　　1、针对传统倍频程方法的硬件成本高，分辨率单一等缺点，提出并分析基于多分辨率的倍频程算法的理论。
　　2、根据多分辨率倍频程算法的理论，对倍频程模块进行功能分析和软件实现，并设计相应的显控软件来更好的观察和分析声学信号。
　　3、以计算阶次跟踪方法作为理论基础，并根据项目需求对其作出相应的改善，提出本文的阶次跟踪方法并分析其具体的实现方法。
　　4、对阶次分析各个功能模块的意义作出阐述和分析，重点实现对旋转机械振动信号的各种类型分析和表达方式的研究。
　　本文给出几组不同的原始数据对分别对倍频程和阶次分析算法进行分析验证，验证结果表明本文的倍频程算法能够实现对声学信号的高精度、任意带宽的实时分析；本文阶次分析算法能够实现对非平稳振动信号的实时阶次跟踪和分析。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与结构安排

第二章 动态信号分析仪声学信号的处理方法

2.1声学的性质及倍频程的概念

2.2 传统倍频程的分析方法

2.3基于多分辨率的倍频程分析方法

2.4 本章小结

第三章 动态信号分析仪倍频程模块的软件设计

3.1 算法分析及实现

3.2 显控功能分析及实现

3.3 分析结果显示

3.4 高级结果分析显示

3.5 本章小结

第四章 动态信号分析仪振动信号的处理算法

4.1 阶次分析的概念与框图

4.2转速曲线算法的研究

4.3 基于角度重采样的阶次分析算法

4.4 基于STFT的转速谱阵算法

4.5 本章小结

第五章 动态信号分析仪阶次分析模块软件设计

5.1 功能分析模块

5.2 数据显示模块

5.3 本章小结

第六章 软件算法测试验证与分析

6.1 倍频程算法验证与分析

6.2 阶次分析算法验证与分析

6.3 本章小结

第七章 结束语

7.1 全文总结

7.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果