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声音和振动测量的基本原理

声音和振动测量的基本原理. 议程. 声音和振动的应用 硬件组成 软件组成 测量分析 建立您自己的高性能系统. 声音和振动的应用. 通道数 1 2 8 - 16 32 路以上. 环境/ OSHA. 声学实验室. 手机测试. 语音. 助听器测试. 音频/听力. 计算机发出的噪音强度. 声音质量. 可预测的维护. 泵的监控. 发电. 电力质量及涡轮发电机的监控. 汽车的模态分析. 结构/模式. 建筑物 l. 传输损耗测量. 洗碗机的噪声. 产品检验. 软件.

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声音和振动测量的基本原理

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Presentation Transcript

  1. 声音和振动测量的基本原理

  2. 议程 • 声音和振动的应用 • 硬件组成 • 软件组成 • 测量分析 • 建立您自己的高性能系统

  3. 声音和振动的应用 通道数 1 2 8 - 16 32 路以上 环境/ OSHA 声学实验室 手机测试 语音 助听器测试 音频/听力 计算机发出的噪音强度 声音质量 可预测的维护 泵的监控 发电 电力质量及涡轮发电机的监控 汽车的模态分析 结构/模式 建筑物l 传输损耗测量 洗碗机的噪声 产品检验

  4. 软件 环境 工具 计算机 基于PCI或 PXI平台 信号源/ 被测单元 声音, 振动 硬件 传感器 同步采样 /DSA 声音和振动平台

  5. 硬件要求 •采样率 • 音频范围: 20 Hz to 20 kHz  采样 @ 51.2 kHz • 振动: 通常需要较低的采样率 (e.g. 2-10 kHz) • 电信号测试: 通常需要较高的采样率 (e.g. 192 kHz) •抗混叠滤波 • 去除高频信号 (混叠信号) • 任意采样率- 选择感兴趣的信号范围 •动态范围 >100 dB (24-bit) • 振动:轴承, 齿轮箱的缺陷以小信号的形式在特定频率表现出来(轴承, 齿轮箱) • 人耳: 典型的动态范围 ~ 120 dB

  6. 硬件要求 • 同步采样 • 相位信息要求, 包括声强,频率响应 ,结构动力学及阶次分析 • 多通道 • 多种输入增益 • 典型的系统包含8到32个通道 • 信号调理 • 简单易用: 内置式, 可编程及可直接联接

  7. 数据 缩放比例 波形调理 振动级, 声级，倍频程, 频率, 阶次 图像可视化, 报告生成 软件要求

  8. 振动级 g rms, g peak 1 mg 参考 声压级 对数比例 (dB) 20 mPa 参考 频率加权: A, B, C 声级和振动级

  9. 声级/振动级测量 • 需要平均 • 线性平均 • 适用于固态信号 • 适用于非固态信号的短时间内的平均 • 指数平均 • 适用于非固态信号 • 时间常量应根据信号特征而选择

  10. Time-domain signal 演示 1 –量级测量 • 时间常量决定了测量的响应时间 • 示例：引擎加速 指数平均的均方根振动级 Slow: 1 s Fast: 125 ms

  11. 倍频乘分析 • 与人耳的听力相似 • 对数频率比例 • 先通过一组带通滤波器，再进行量级测量 • 1/n倍频分析提高频率分辨率 • 符合不同的标准

  12. 倍频程噪声谱 信号 倍频程滤波器 量级 演示 2 – 倍频乘 分析

  13. FFT 时域信号 频谱 频率分析 • 快速傅立叶变换 (FFT) 算法把时域信号转换成频域信号

  14. 演示 3 - 时域和频域 频率分量 时域信号

  15. : 采样频率 理论: 2X, 典型: 2.56X T:总采样时间 N: FFT 长度 重要关系 • 可分析的最高频率 • 频率分辨率

  16. 单通道 信号分析 –功率谱 幅值 FFT 谱 幅值和相位 噪音测量 功率谱密度 双通道 频率响应(FRF) 基于FFT 正弦扫描 单通道和双通道频域测量

  17. FFT FFT 谱 功率谱 互谱 THD, SINAD PSD, 频段内噪声 频响一致性 单通道 双通道

  18. 阶次分析 • 用于带旋转部件的机械系统的分析 • 引擎, 齿轮箱, 传送带,马达 , 转子, 涡轮,泵 , 和压缩机等 • 许多声音和振动信号成分和运行速度直接相关: • 不平衡, 未对准, 齿轮啮合, 轴承缺陷, 和不精确的组装 • 阶次分析根据这些成分来检验信号

  19. 阶次分析 频域Frot = ~60 [rps] 随速度的变化而变化的频率部分 频域Frot = ~50 [rps]

  20. 演示4 – 阶次分析 阶次 Frot = ~60 [rps] 不随转速变化而变化的阶次部分 阶次 Frot = ~50 [rps]

  21. Gabor 阶次分析 • 基于时频变化的技术 – 并不引入幅值或相位偏移 •时频分析 • 直觉的从联合时频域选择/提取阶次部分 • 专利技术 • 特定的阶次组成 • 返回任何阶次成分的时域波形 • 容易测量幅度和相位 • 允许时域回放和反复尝试

  22. Gabor 阶次分析

  23. 演示 5 – Gabor阶次提取 • 提取阶次的时域信号 • 比较不同阶次及原始信号的幅度

  24. 建立您自己的高性能系统 • 集成 • 可升级 • 同步 • 性能 • 采集 • 测量分析 • 显示 • 数据存档 基于计算机的测量方案是比较理想的

  25. 系统集成 • 计数器/定时器板卡 (TIO) 可获得更准确的速度测量 • 与非声音和振动测量的集成应用 • 温度,压力 ,及机器监控的测量 • 应用于汽车工业的 CAN总线

  26. 可升级-同步 • RTSI 同步 • 使用台式计算机（PCI总线)可达到24个通道 • PXI同步 • 使用单个机箱可达112个 通道(14 块板卡) • 使用多个机箱可达5304 个通道 (663 板卡) • 通过板卡之间的同步，可获得较低的通道之间的相位错移 (<1° at 1 kHz) • 对结构动力学, 模态分析, 声学全息术, 及声强测量都比较重要

  27. 可升级

  28. 性能 •数据存盘 (可能25 MB/s ) • 通常受硬盘限制 • 使用高速的SCSI硬盘可改善数据存盘 •用1.0-GHz PIII 的计算机做频率分析可获的性能： • 8 channels 可以实现功率谱分析, • 4 channels 可进行3倍频分析, •使用双处理器的计算机，性能可提高70 to 80 % Performance (link to white paper)

  29. 结论 • 声音和振动应用需要特定的硬件和广泛的测量分析能力 • 集成性和可升级对任何测量系统都是很关键的 • 计算机可以实现较高性能的声音和振动的测量

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