测试技术动态测试信号采集仿真与实例分析.docx

动态测试信号采集仿真与实例分析姓名：学号：指导老师：东南大学机械工程学院2011年6月12日目录摘要3关键词3Abstract3Keywords31绪论31.1本次设计的主要内容32设计题一：信号仿真、采集与分析处理32.1 题目32.2 分析42.3 讨论63设计题二：基于计算机的声信号采集与分析73.1 题目73.2 分析83.3 讨论104设计题三：机械运行数据分析与处理104.1 题目104.2 分析114.3 讨论13结论14致谢14参考文献14动态测试信号采集仿真与实例分析摘要：人类借助装置可以对信号进行采集，选择不同参数设定，将会产生不同的效果。采集后借助于人、计算机等做时域和频域分析，了解不同信号的特征。因此可以分析不容人的声音信号，以及转子试验台运行的震动原因。关键词：信号时域分析频域分析Abstract：PeoplecanusesomesetstocolIectsignals1butwhenweusedifferentsetvaIue,wewiIIgetdifferentresults.AfterthatbyhumanbrainandcomputerwecandosomeanalysisintimeandfrequencydomaintoseesignaIs'character.SowecanteIIthedifferencesbetweendifferentpeopleandfindthereasonfortest-bed'sshakes.KeywordszsignaI,analysisintimeandfrequencydomain1、绪论测试包含测量和试验。其中测试分为动态测试和静态测试。信号处理的方法包括模拟信号处理和数字信号处理两种方法。1.1本次设计的主要内容工程设计围绕课程讲授的动态信号的采集、分析与处理的根本原理与方法进行，包括以下三个局部内容：(1)信号仿真、采集与分析处理(2)基于计算机的声信号采集与分析(3)机械运行数据分析与处理2、设计题一：信号仿真、采集与分析处理2.1题目：信号采集过程中一般需要考虑以下几个参数：信号频率、采样频率、采样长度等，不同参数的数值设定对于信号采集的效果会产生直接影响，为了掌握信号采集过程中这些参数对采集过程及其效果产生的影响，可以通过MatIab或C语言对信号采集与分析处理的过程进行仿真分析，具体要求如下：利用MatIab或C语言产生信号，其中：fl=50HZf2=200Hz.f3=1000Hz；n(t)为白噪声，均值为零，方差为0.7；幅值、相位任意设定；对上述等式进行DFFT处理。讨论：1)通过设置不同的采样频率，画出时域波形和傅里叶变换后的频谱图，讨论在采样点数一定的情况下，如1024点，采样频率对信号时域复现、频域分析的影响；2)采样频率、采样长度(采样点数)与频率分辨率的关系；3)通过设置不同幅值的信号与噪声，讨论噪声对信号时域分析和频域分析的影响；2.2分析：令x()=%sin(2/，+。)+2sin(2班，+我)+3sin(2钱/+)+及Q)其中fl=50HZf2=200Hz.f3=1000Hz；n(t)为白噪声，均值为零，方差为0.7；最后再确定各参数，得到如下x(f):x(t)=l*sin(2*pi*50*t+2.1)+2*sin(2*pi*200*t+3.2)+3*sin(2*pi*1000*t+4.3)+white_noise首先研究这个信号的时域状态：在Matlab中输入：Pot(x)；number=1024;y=fft(x,number)number;n=0Jength(y)-1;f=fs*nlength(y);ure(2)plot(f,abs(y);可以得到如下的时域响应：(a)时域信号接下来用拉普拉斯变换后我们可以看到此信号的频域响应。采样频率分别取20000Hz,40000Hz,采样点数分别取512点和1024点得图像如下：(b)20000HZIO24点(C)20000Hz512点(d) 40000HZ1024(e) 40000Hz512点2.3讨论(1)在采样点数一定的情况下，如1024点，采样频率对信号时域复现、频域分析的影响从图二四，图三五可以看出，采样点数一定时(1024点)，4000OHZ的频谱比2000OHZ的峰值频率带更加窄，可以更清晰的看出峰值频率，并且两个峰值频率的混叠情况比低频率的少。由于时域信号比拟复杂，采样频率变化后肉眼看不大出区别，故此处略去起分析。(2)采样频率、采样长度(采样点数)与频率分辨率的关系采样频率越高，频率分辨率越高。采样越短，采样点数越多，频率分辨率越高。(3)噪声对信号时域分析和频域分析的影响将噪声方差改为1后，提取频域信号如下：(f) 512采样点20000Hz(g) 1024采样点40000HZ比拟分析上面几图：图(f)比照图(b),图(f)频域中还是能看清主要的频率，但其他干扰信号的频率复制明显增大了。图(g)比照图9),图(g)频域中也能看清主要的频率成分，但噪声信号的复制比原来增大很多。3、设计题二：基于计算机的声信号采集与分析7.1 题目现代计算机具有对声音、视频进行采样的功能，把模拟信号转换为数字信号。通过计算机上的麦克风及声卡与AD,录制各人在不同环境噪声、不同发声状态下讲话“机械工程测试与控制技术”语句(不少于3次，最好是他人的声音)，利用软件转换语音数据文件为ASCII码,然后进行频谱分析，画出时域、频域图形。讨论：1)该设置至少为多少的采样频率？采样长度多长为适宜？2)不同人员讲话声音的时域、频域有什么区别？根据你的分析，该怎样区分不同人员的讲话声音？3)要使他人不易识别你的讲话声音，该怎么处理？7.2 分析在Matlab中输入：clear;fs=5000;x,fs=mp3read('D:MyDocumentsDesktopa.mp3,);Iengthx=Iength(X);t=(0:lengthx-1)/fs;subplot(211);Pot(t5x);世le('a声音时域波形');XIabe1('时间s');ylabel('幅值')；num=lengthx;y=fft(x,num);n=0:length(y)-1;f=fs*nlengthx;subplot(212);plot(f,abs(y);axis(020001.min(abs(y)1.max(abs(y)e('a声音频谱');XIabeIC频率(HZ);ylabel('幅值')录制三人讲话“机械工程测试与控制技术”语句，进行频谱分析，得出时域频域图形如下:a同学录音b同学录音C同学录音C声音时域波形时间/SC声音频谱0200400 600800 1000 1200 1400 1600 1800 2000150100胆Igg-50(1)该设置至少为多少的采样频率？采样长度多长为适宜？在录音软件中设置的采样频率为441OOHz,那么在matlab中采样频率不能低于44100Hz,否那么会失真。例如在matlab中将Sollnd(XI,44100);%播放语音信号中44100改为IlO25,那么播放出的声音非常沉闷，完全听不出内容。采样长度至少要与录音的频率相等。(2)不同人员讲话声音的时域、频域有什么区别？根据你的分析，该怎样区分不同人员的讲话声音？如上图abc同学录音的时域频域所示，每个人讲话的声都在一定的频域范围内：a的频域范围在0600Hz,其中峰值在300HZ附近;b的频谱范围主要在0500Hz,200400Hz内幅值根本稳定，峰值出现在200HZ处，与a同学比拟明显峰值频率要低，声音消沉;C的频域范围主要在0600H乙峰值在300HZ处，170HZ出也有很大幅值。所以只要知道了正常讲话下的频域是多少，就可以进行对照从而区别不同人员的讲话声音。(3)要使他人不易识别你的讲话声音，该怎么处理？使自己的声音不易被识别，主要是使声音发生失真，失真越严重就越越不易被识别，但不能无限制的失真，例如在matlab中将SOUnd(Xl,44100);%播放语音信号采样频率为44100Hz,那么在播放时，可设置为30000Hz,产生失真，出现失真使得别人不能轻易识别声音。4、设计题三：机械运行数据分析与处理4.1题目两文件中数据为某转子试验台运行时的振动位移数据，利用软件对其进行频谱计算，得到其时域和频域特征，分析机器振动原因：不平衡、不对中故障特征及其诊断方法。转子实验台数据说明文件名称参数Ltxt转速2234rpm采样长度1024传感器电涡流位移传感器转速2169rpm2.txt采样长度1024传感器电涡流位移传感器4.2分析一号试验台采样频率fs=-×64=2383½；二号试验台采样频率£=4x64=2314Hz。转子试验台一：转子试验台一的时域图像转子试验台一的频域图像转子试验台二的时域图像转子试验台二的频域图像4.3讨论先看转子试验台一：频谱中可以看出频率有37.23Hz,77.47Hz,111.7Hz,148.9Hz,186.2Hz,218.8Hz,223.4Hz,297.9Hz再看转子试验台二：频谱中可以看出的频率有：36.16Hz,72.31Hz,108.5Hz,119.8Hz,144.6Hz,180.8Hz,216.9Hz,253.1Hz,289.3Hz,361.6Hz,397.7Hz,424.8Hz,554.6Hz,616.9Hz,849.7Hz等比照两个转子试验台图像可以分析得知：1 .试验台一与试验台二谐波分量相比，清晰而且是逐次衰减的，试验台二频谱中成分较复杂2 .转子试验台二中的高频信号比拟多，说明转子转动不平衡，或者轴承磨损加剧。3 .在849.7Hz处有很大的幅值，需要检查固有频率在849.7Hz附近的零件结论本次大作业的论文内容以机械工程测试与控制级数为根底，主要研究了信号的采集，模拟，处理与分析。结合Matlab软件，解决了实际中的声音信号的波形已经试验台震动波形的测试。在试验中应用了书本上学到的知识，在稳固的同时更得到了很多课本以外的知识。在完成整个实验后，对信号的仿真、采集、处理加深了印象，更对生活中类似问题的解决有了很大帮助。致谢本篇大作业的论文编写完成，要感谢胡建中老师的指导与帮助。在具体操作过程中，有很多地方在查阅资料之后也搞不清楚怎么做，请教了几个同学，最终在大家的讨论和学习中的到了解决，在此也感谢帮助过我的同学。参考文献测试技术贾民平等编著.北京：高等教育出版社.2001.12MATLAB信号处理与应用。董长虹主编。北京：国防工业出版社，2005.84-893MATLAB在数字信号处理中的应用。薛年喜。北京：清华大学出版社，2003.117-130