4信号处理、应用和描述 41快速傅里叶变换(FFT)分析(Fast Fourier Transform(FFT)analysis) 信号处理采取以下步骤: 模拟信号输入; °抗混滤波器; A/D转换器; 重叠; 加窗; ●FFT: 平均; 显示/储
4 信号处理、应用和描述 4.1 快速傅里叶变换（FFT）分析（Fast Fourier Transform (FFT)analysis） 信号处理采取以下步骤: •模拟信号输入； •抗混滤波器； •A/D转换器； •重叠； •加窗； •FFT； •平均； •显示/存储
411傅里叶 幅值 变换 频率 快速傅里叶变 换(FFT)的 目的: 时间 时域 频域 把模拟形式 幅值 幅值 (时域)的测 量转换到频域。( 时间 频率
4.1.1 傅里叶 变换 • 快速傅里叶变 换（FFT）的 目的: 把模拟形式 （时域）的测 量转换到频域
采样频率 采样是在指定瞬间纪录波的幅值,然后从纪录 点生成曲线的过程。以多快的速度采样,才能 使数字波精确地复制原始模拟波呢? 奈奎斯特( Nyquist)采样定理:“如果在采样 信号中不丢失任何信息,则必须以至少两倍的 感兴趣的最高频率成分的频率采样。” 由于采样频率低引起的出现较低频波的现象称 为叠混( aliasing)。 在理论上,不应有超过样频率一半的振动频 率,实际上是不能保证的
采样频率 • 采样是在指定瞬间纪录波的幅值，然后从纪录 点生成曲线的过程。以多快的速度采样，才能 使数字波精确地复制原始模拟波呢？ • 奈奎斯特（Nyquist）采样定理： “如果在采样 信号中不丢失任何信息，则必须以至少两倍的 感兴趣的最高频率成分的频率采样。 ” • 由于采样频率低引起的出现较低频波的现象称 为叠混（aliasing）。 • 在理论上，不应有超过采样频率一半的振动频 率，实际上是不能保证的
采样频率-1333/s 频率—1000Hz 叠混波 所有的分析 仪都配备抗 混滤波器 anti- aliasing filter) °必须在启动 模拟量数字 化之前滤波。*扫描 15 3.0 时间(毫秒)
• 所有的分析 仪都配备抗 混滤波器 (antialiasing filter)。 • 必须在启动 模拟量数字 化之前滤波
412模数转换器( analog to digital converters) A/D转换器引进2的幂 模拟信号 (称为2进制数。12位 A/D转换器提供4096个 间隔,…) 间隔数越大,信号的幅 值分辨率越高。12位 时间采样间隔 A/D转换器可达到满刻 度的0025%的分辨率 而16位A/D转换器具有 00015%的分辨率。 数字样本 采集幅值信号
4.1.2 模数转换器（analog to digital converters） • A/D转换器引进 2的幂 （称为2进制数。12位 A/D转换器提供4096个 间隔，…）。 • 间隔数越大，信号的幅 值 分辨率 越 高。 12 位 A/D转换器可达到满刻 度的0.025%的分辨率， 而16位A/D转换器具有 0.0015%的分辨率。 • 采集幅值信号
413加窗( windowing) 加窗等于信号样本与同样长度的窗函数相乘。 采样的结果随着关于波形期间的位置变化。 通过强迫采样数据在开始和结束时为零,充填 间断点使采样期间看上去是连续的。 幅值精度影响频率分辨力。 窗函数有许多种: 矩形窗;平顶窗; 汉宁( hanning)窗;哈明( hamming)窗; 凯撒贝塞尔( Kaiser bessel)窗; 布莱克曼( Blackman)窗;巴莱特( Barlett 窗
4.1.3 加窗（windowing） • 加窗等于信号样本与同样长度的窗函数相乘。 • 采样的结果随着关于波形期间的位置变化。 • 通过强迫采样数据在开始和结束时为零，充填 间断点使采样期间看上去是连续的。 • 幅值精度影响频率分辨力。 • 窗函数有许多种: • 矩形窗；平顶窗； • 汉宁（hanning）窗；哈明（hamming）窗； • 凯撒 贝塞尔（KaiserBessel）窗； • 布莱克曼（Blackman）窗；巴莱特（Barlett） 窗
平顶窗峰值“较宽”。汉宁窗增宽,比平 顶窗小。识别特殊频率成分,最好使用矩 形窗。,平顶窗峰的幅值是最好的 最好的解实际上意味着以多种不同的方法 处理数据。汉宁窗一般是缺省的选择,因 为它在频率条之间提供好的峰值分辨率, 同时峰的增宽较小
• 平顶窗峰值“较宽” 。汉宁窗增宽，比平 顶窗小。识别特殊频率成分，最好使用矩 形窗。，平顶窗峰的幅值是最好的。 • 最好的解实际上意味着以多种不同的方法 处理数据。汉宁窗一般是缺省的选择，因 为它在频率条之间提供好的峰值分辨率， 同时峰的增宽较小
41.4线分辨率( lines of resolution) F-max,带宽( bandwidth) 屏幕显示。分辨率取200,400,800,线。 F-max是分析仪的最大频率。带宽—F-max除 以分辨率。 F-max太高,带宽增大,分辨率受影响。F max太低,失去有价值的高频数据 择F-max值的建议 泵、风扇、鼓风机和电动机等通用旋转机器, 为20×或40×转速。 齿轮箱,高于啮合频率的3倍。 首次操作,采取两个频谱,10×,100×,然后 有根据地选择F-max的设置
4.1.4 线分辨率（lines of resolution）， F-max，带宽（bandwidth） • 屏幕显示。分辨率取200，400，800，…线。 F-max是分析仪的最大频率。带宽—F-max除 以分辨率。 • F-max太高，带宽增大，分辨率受影响。Fmax太低，失去有价值的高频数据。 • 择F-max值的建议： 泵、风扇、鼓风机和电动机等通用旋转机器， 为20×或40×转速。 齿轮箱，高于啮合频率的3倍。 首次操作，采取两个频谱，10×，100×,然后 有根据地选择F-max的设置
41.5平均( Averaging) 线性( linear)平均 趋向于随机误差的平均数。频谱的平均典型 地为2,4,8,16或32次。 峰值保持( peak hold) 对于任何平均,显示为最高谱线幅值的包络。 用于观察瞬时现象,例如在应力分析研究期 间可能需要的突然下降或随机的激励。 指数( Exponential)平均 新取得的频谱有较大加权。观察关于采样时 间变化非常缓慢的状态
4.1.5 平均（Averaging） • 线性（linear）平均 趋向于随机误差的平均数。频谱的平均典型 地为2，4，8，16或32次。 • 峰值保持（peak hold） 对于任何平均，显示为最高谱线幅值的包络。 用于观察瞬时现象，例如在应力分析研究期 间可能需要的突然下降或随机的激励。 • 指数（Exponential）平均 新取得的频谱有较大加权。观察关于采样时 间变化非常缓慢的状态
同步时间( synchronous time)平均 利用来自被研究机器的同步信号,并且用 于时域平均。同步信号的形式通常是由处 于轴的圆周基准位置的光电管或电磁传感 器发出的脉冲。在做平均的期间,以这种 方法在关于轴旋转的同一时间采取振动样 本 有效地消除了系统中的非同步振动。如果 机器中有很多以不同速度旋转的零件,则 使用这种方法。因此,在其他振动平均出 去的同时,伴随同步信号的同步振动得到 加强
同步时间（synchronous time）平均 • 利用来自被研究机器的同步信号，并且用 于时域平均。同步信号的形式通常是由处 于轴的圆周基准位置的光电管或电磁传感 器发出的脉冲。在做平均的期间，以这种 方法在关于轴旋转的同一时间采取振动样 本。 • 有效地消除了系统中的非同步振动。如果 机器中有很多以不同速度旋转的零件，则 使用这种方法。因此，在其他振动平均出 去的同时，伴随同步信号的同步振动得到 加强