测试教学资料1

nullnull机械信号处理及应用主 讲：李 力 2007年5月三峡大学机械与 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 学院null第1章 绪 论1.1 机械信号处理的基本概念和作用 1.2 信号处理技术的发展概况 1.3 机械信号处理的应用 1.4 本书的内容安排null1.1 机械信号处理的基本概念和作用机械信号是指机械系统在运行过程中各种随时间变化的动态信息，经各种测试仪器拾取并记录和存储下来的数据或图象。可以这样理解：机械信号是一个承载机械信息的物理量函数，而机械信息是反映设备运行状态和结构特性的特征量。要获取机械设备的信息，必须先要获取机械信号。null一些机械信号（空气压缩机信号：正常、2弹簧失效）nullnull机械设备是工业生产的基础，机械设备的技术更新、自动化程度的提高以及设备的安全运行等具有广泛的经济和社会效益。而机械信号处理与分析技术则可以说是工业发展的一个重要基础技术。 如果没有有效的机械信号测试和分析处理方法，就不能有效地监测和维护设备，也就不能保证设备安全可靠的运行； 如果没有工艺流程数据的采集和分析技术，就不可能实现工业自动化； 而如果没有好的测试方法，也就不能为产品的质量和性能提供客观的 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 。 null机械信号处理是通过对测量信号进行某种加工变换，削弱机械信号中的无用的冗余信号，滤除混杂的噪声干扰，或者将信号变成易于识别的形式以便于提取它的特征值等。 例如信号滤波就是机械信号 处理中最基本的一种处理。 机械信号处理的基本流程(图1-1)信号处理技术的出现和不断发展，极大丰富了反映机械运动的分析手段和方法，是当今信息科学和现代化测试分析等领域里的十分重要的研究手段。 null例如，在监测大型回转机械的转子运行状态时，首先需要获得表征转子运行状态的物理量，可以采用转子振动的位移或加速度信号等，在获取这些信号后还需要进行一定的信号处理以得出设备的运行状态。 null图1-2是通过对转子同一轴截面上相互垂直方向的位移信号进行处理前后比较。从这个例子可知，机械信号中包含了所研究设备的未知信息，取得信号并不等于获得了相应的设备信息，必须通过对机械信号作进一步的处理才能提取出所需要的信息。null1.2 信号处理技术的发展概况信号处理系统可以分为模拟信号处理系统和数字信号处理系统两大类。 模拟信号处理系统的输入、输出信号均为模拟信号，其处理系统通常是由电阻、电感、电容和模拟 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 组成的模拟系统。 数字信号处理系统的核心是计算机或专用数字硬件组成的数字系统，它的输入、输出均为数字信号。在绝大多数情况下，原始信号均是模拟信号，所以数字信号处理系统中大都含有模数转换单元。 null1960年前，信号处理主要依靠模拟仪器来完成；1965年，美国库利（J W Cooley）和图基（J W Tukey）提出了快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）计算方法，使计算离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT）的复数乘法次数从N2 减少到Nlog2N，取得了数字信号处理算法上的重大突破，它的出现不仅使实时信号的数字谱分析成为可能，而且为时域信号的快速处理提供了新途径，因此这种算法被广泛地应用于数字信号处理的许多环节，大大地推动了信号处理科学的发展。1960年后，随着大规模集成电路的迅速发展，计算机的运算速度迅速提高，使得构成数字系统的硬件能够满足要求； null1970年前后，许多新的算法不断出现；例如， 1968年美国雷德（C．M．Rader）提出数论变换FFT算法（Number theoretic transforms FFT，简称NFFT）； 1976年美国威诺格兰德（S．Winograd）提出了一种傅里叶变换算法（Winograd Fourier Transform Algorithm，简称WFTA），用它计算DFT所需的乘法次数仅为FFT算法乘法次数的1／3； 1977年法国努斯鲍默（H．J．Nussbaumer）提出了一种多项式变换傅里叶变换算法（Polynomial transform Fourier Transform Algorithm，简称PFTA），结合使用 FFT和 WFTA方法，在采样点数较大时，较之FFT算法快3倍左右。 null DFT FFT NFFT WFTA PFTA 200万次1.4万次0.8万次0.35万次0.3万次几种方法与DFT方法比较；用于快速处理信号的器件——信号处理芯片（DSP）,如美国Texas公司1986年推出的TMS320C25芯片，运算速度达每秒1000万次，用其进行1024复数点FFT运算，只需14ms便可完成。这一进展，在图像处理、语言处理、谱分析、振动噪声和生物医学信号的处理方面，展示了很宽的应用前景。null1990年后；出现了用PC机＋仪器板卡＋应用软件构成的计算机虚拟仪器。 虚拟仪器采用计算机开放体系结构取代传统的单机测量仪器。将传统测量仪器中公共部分（如电源、操作面板、显示屏幕、通信总线和CPU）集中起来用计算机共享，通过计算机仪器扩展板卡和应用软件在计算机上实现多种物理仪器。 null用PC机＋仪器板卡  代替传统仪器 用计算机软件  代替硬件分析电路nullnull从信号处理当前的发展方向来看，主要表现在：1)新技术、新方法的出现2)实时能力的进一步提高3)高分辨率频谱分析方法的研究null1.3 机械信号处理的应用1.3.1 在机械振动和结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中的应用采用各种振动传感器，在工作状态或人工输入激振下，获取各种的机械振动信号，再对这些机械信号进行分析和处理，提取出各种振动特征参数，从而得到机械结构各种有价值的信息，尤其是通过对机械振动信号的频谱分析、机械结构模态分析和参数识别技术等方法，用以分析振动性质及产生原因，找出消振、减振的方法，进一步改进机械结构设计，提高产品质量。 null1.3.2 在产品质量和自动控制中的应用 在汽车、机床等设备和电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。随着产品质量的提高，现代测量已由静态测量发展到了动态测量。 在机械设备的计算机自动控制系统中，当控制对象所处的环境比较恶劣和干扰源较多时，所测得的控制对象运行状态信号含有高频干扰噪声，提高计算机数字控制系统的可靠性，对采样序列一般还需要经过数字信号处理环节，然后再进行控制规律的运算。null机器噪声和振动信号中包含了大量反映机器运行状态的有用信息。在机械故障诊断中，首先运用噪声或振动强度的测定和分析，可以初步判断机器运行质量是否存在问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ；其次运用频谱分析进一步判断出机器中问题发生在什么环节上；最后是采用一些特殊的信号处理技术，针对特定的零部件作深入的分析。 测试与信息处理1.3.3 在机械监测和故障诊断中的应用null1.4 教学环节安排内容结构为机械信号测量—预处理—处理—应用 null着重介绍时域方法、频域方法、时频域方法以及它们在机械信号处理中的应用。 此外还将介绍近年来发展起来的几种机械信号处理新方法。 同时配合章节内容，介绍一些方法的Matlab编程实验，以便验证算法，观察效果，加深所学的知识，达到锻炼和培养学生动手解决问题的能力。null时间安排参考资料：参考资料：[1] 孔德仁等，工程测试与信息处理，国防工业出版社，2003。 [2] 黄长艺等，机械工程测试技术基础（第2版），机械工业出版社，1992。 [3] 卢文祥等，工程测试与信息处理，华中理工大学出版社，2002。null作业： 1、查阅资料，归纳总结机械信号处理的在机械工程领域的意义，举例说明机械信号处理的实际应用。 （列出参阅的书籍或文献） 交作业时间：每周四上午教师联系方式：6397552，Li7466@ctgu.edu.cn 答疑时间地点：每周一下午4:00～6:00，M2310