2020-04-25
信號采樣與采集定義淺析
信號采樣與采集定義淺析
振動分析是進(jìn)行旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障診斷的重要手段，理解信號采樣及采集定義是進(jìn)行振動分析的基礎(chǔ)。
今天我們就來向剛接觸振動分析的小伙伴們介紹一下信號采集及采集定義的相關(guān)知識。
采樣是指把時間域或空間域的連續(xù)量轉(zhuǎn)化成離散量的過程。
振動數(shù)據(jù)的采樣就是將現(xiàn)實世界的物理振動轉(zhuǎn)化為離散的采樣點的過程。
它包含兩個步驟：
一是由傳感器將物理振動轉(zhuǎn)化為電壓信號等可以連續(xù)變化的模擬量。
以壓電式傳感器為例，該類型傳感器利用壓電陶瓷在受到力的作用時會產(chǎn)生正負(fù)電荷極化即壓電效應(yīng)原理，將每時每刻受到的外力按照對應(yīng)的比例輸出為連續(xù)變化的電壓信號。
二是由采集器將模擬量通過等間隔采樣轉(zhuǎn)化為電子儀器及電腦可以處理的離散數(shù)字量。
采集器以一定的時間間隔定期循環(huán)讀取并記錄傳感器輸出的電壓信號，最終得到一連串離散的數(shù)字量，輔以時間坐標(biāo)即可得到“以假亂真”的波形數(shù)據(jù)。
---核心定理：采樣定理
采樣間隔Ts的選擇必須考慮到所需要反映出的最高頻率分量，因此，需滿足如下采樣定理：fs≥2fm，實際應(yīng)用一般取fs=2.56fm。
若不滿足采樣定理，將會產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象，如下圖所示，紅色采樣點的時間間隔過長，描繪出的波形將不能真實反應(yīng)相應(yīng)振動波形的頻率、幅值等信息。
---采樣頻率Fs
數(shù)據(jù)采集器按照一定的時間間隔對模擬信號進(jìn)行采樣，間隔時間的倒數(shù)就是采樣頻率。
---最大分析頻率Fm
所需要分析的最高頻率分量。選擇最大分析頻率時必須將相應(yīng)設(shè)備可能產(chǎn)生的最大相關(guān)頻率包含在內(nèi)，一般取200、500、1000、2000、5000，甚至高至10000、20000等。
---采樣點數(shù)N
采樣長度，一般用1024的整數(shù)倍表示，可以由采樣頻率和采樣時間共同確定。
---頻率分辨率△f
是指頻譜圖上相鄰兩根譜線之間的頻率間隔。△f越小，頻譜分辨率越高。常見有1Hz、0.5Hz、0.25Hz等。
---譜線數(shù)lines 線數(shù)
組成頻域分析的頻率成分的點的個數(shù)。如400、800、1600、3200線。
采樣參數(shù)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示：
T = 采樣時間，與采樣頻率Fs成反比，與采樣點數(shù)N成正比；
Ts = 每個采樣點之間的間隔，是采樣頻率Fs的倒數(shù)；
N = 采樣點數(shù)
Fs = 采樣頻率
Fmax = 最大分析頻率
△f = 頻譜分辨率，△f與采樣時間T成反比，所以想要獲取更高分辨率就要采集更長時間。
lines = 譜線數(shù)
以容知日新數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的振動信號為例，如下時域波形：
采樣長度、最大分析頻率可在數(shù)采系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)定，針對不同設(shè)備、不同場合設(shè)置不同的采集定義參數(shù)。
此處采集定義為16k加速度波形（2-20000），其意義如下：
---采樣點數(shù)N為16k：N = 16k = 16*1024 = 16384
因而該條波形共有16384個數(shù)據(jù)點。
---采集振動類型為加速度，同理也可以采集速度和位移信號。
---采集數(shù)據(jù)類型為波形，表明保存原始波形，可由軟件轉(zhuǎn)換為頻譜，此處若設(shè)置為頻譜或包絡(luò)譜，則由數(shù)采器直接生成頻譜或包絡(luò)譜等數(shù)據(jù)。
---最大分析頻率為20000Hz，即Fmax=20000Hz
那么采樣頻率為Fs = Fmax*2.56 = 20000Hz*2.56= 51200Hz
---同時其他參數(shù)可由公式導(dǎo)出：
采樣時間：T = N/Fs = 16384/51200 = 0.32 s =320ms
采集間隔：Ts = T /N = 320/16384 = 0.0195ms
譜線數(shù)：lines = T*Fmax = 0.32*20000 =6400線
分辨率：△f = Fmax/lines = 20000/6400 =3.125Hz
數(shù)據(jù)采樣與采集定義的相關(guān)知識就介紹到這里，希望對剛接觸振動分析的小伙伴們有所幫助，謝謝閱讀！
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