第一章绪论
1.1 声振检测的研究意义及应用价值
随着汽车工业的迅猛发展，变速箱以其传动比固定，传动力矩大，结构紧凑等优点，使它成为了汽车的关键性传动部件之一，其操作性、传动性和安全性的好坏直接影响到汽车的整体性能。它的工作是否正常涉及到整个机组的工作性能。变速箱的结构和工作形式都很复杂，这又使得它容易发生故障，因此变速箱的检测在机械工程中占有重要地位。获得诊断信息的常用方法有直接观察法、振动噪声检测法、磨损残留物检测法和运行性能检测法[1]。
对于变速箱而言，噪声和振动信号是故障诊断的重要信息。当故障出现时,其振动强度增大，噪声水平超标。所以利用声振诊断的方法，就能对变速箱的运行状态和出现故障的原因、部位有一个比较清楚的了解，从而诊断出故障。这可为设备的正常运行和维修提供比较充分的依据，在生产和维修中获得显著的经济效益。主要包括：降低维修费用、提高机器的有效使用率、提高安全性、降低噪声辐射。
1.2 声振检测在故障诊断中的研究现状及发展趋势
作为故障诊断一个分支的声振诊断方法，包括声振的测量和检测，它是伴随着设备故障诊断一同成长起来的，由最初的简易诊断发展为现在的精密诊断、预知维修；减振降噪也由无源控制向有源控制方向发展[2]。
要求机械设备不出现故障是不可能的，绝对安全可靠的机械设备也是不存在的。我们只能从预防故障和减少损失的角度出发，及时发现设备的故障和异常，掌握设备的运行状态，对已经形成的或正在形成的故障进行分析诊断，判断故障的部位和产生的原因，并及早采取有效的措施，做到防患于未然。因此,变速箱在出厂前就应该做好这方面的检测工作,这样才能尽可能的减小损失。所谓出厂检测，顾名思义，就是要在变速箱制造完后，在出厂前，对它的性能作一个全面的检测，变速箱的结构和制造过程都非常复杂，为了能够延长使用寿命，更应该做好出厂前的检测工作，这样能大大的降低生产成本。设备状态监测与故障诊断技术就是为了适应检测类似变速箱等各种机械设备这一需要而发展起来的一门新兴学科，它的发展是从20世纪60年代中期以后开始的。
在这方面,美日等发达国家是走在世界前列的,例如美国NI公司开发的LabView软件,它是一种虚拟的图形化的编程语言,大大减少了测试的硬件设备、软件开发的周期。这种图形化语言已经广泛地应用在测量测试、数
据采集、仪器控制及数据处理分析等领域中。基于LabView声源识别可视化系统对多通道进行同步采集和大容量数据进行高速处理，在平行测量面的面上，利用声全息技术重建声压、法向粒子速度和声强等声学参数，以图形的方式直观地判别声源的位置、大小以及噪声的传播路径[3]。
检测技术在我国的研究和应用相对来说起步较晚。20世纪70年代末期才开始着手组建故障诊断的研究机构.但由于国家政府部门的重视,发展较快。所应用的领域比较集中的是大型旋转机械设备诊断系统，已经开发了20种以上的机组故障诊断系统和10余种可用来做现场简易诊断的便携式数据采集仪。国内一些重点大学，如上海交通大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学、大连理工大学和北京科技大学等成立了故障诊断研究所，并已培养出这方面的高级专业人才。我国机械设备故障诊断的发展经历了从简易诊断到精密诊断，从一般诊断到智能诊断，从单机诊断到网络诊断的过程，发展速度越来越快。同国外发达国家相比，我国虽然在理论上跟踪较紧，但是总体而言，在机械设备诊断的可靠性、安全性方面仍有一定的差距。
此外，虚拟仪器是当前检测领域的热点，所谓虚拟仪器，这个概念最先是由美国NI公司提出的。众所周知，传统仪器主要包括四个部分：执行、控制、信息变换、显示。虚拟仪器就是利用计算机强大的图形环境暖和在线帮助功能，建立图形化的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析和显示。这种以通用输入输出平台为硬件基础，通用计算机为软件环境基础，主要以软件方式实现仪器控制、信息变换和结果显示的计算机化仪器，称为虚拟仪器。上述NI公司开发的LabView软件，就是典型的虚拟仪器，它代表了未来仪器技术发展的方向。
1.3 论文的主要研究工作
完成试验装置的选择和设计，以及数据多通道参数（噪声、振动）的并行采集，应用LabView软件,在计算机上构建一套完整的“变速箱出厂声振检测系统”，进行噪声超限报警，并对噪声超标的原因进行故障分析，找出发生故障的部位。
第二章声振在状态监测中的理论基础
2.1 机械振动的基本概念及分类
各种机器设备是由许多零部件和各种各样的安装基础所组成,这些都可认为是一个弹性系统。某些条件或因素可能引起这些物体在其平衡位置附近做微小的往复运动,这种每隔一定时间做往复性机械运动,称为机械振动[4]。
研究振动问题时,通常把研究对象称为系统；把外界对系统的作用或机器自身产生的力,称为激励或输入;把机器或结构在激励作用下产生的动态行为,称为响应或输出.振动分析就是研究三者之间的关系。
按照机械振动时物体变形的形态可将机械振动分为横向振动、纵向振动和扭转振动。
按照振动系统能量输入的方式，可将机械振动分为：仅在运动开始时对振动系统给以能量输入的自由振动；在外界周期性干扰力的作用下，不断地或反复地给振动系统补充能量的强迫振动。此外还有一种振动称为自激振动，维持这种振动的能量是由振动系统本身从固定能源中获得并加以调节的。
2.2 测振系统及其传感器
振动的测量系统根据工作原理分主要有三种类型：机械测振系统、电测振系统和光学测振系统。基于本选题，这里主要介绍电测系统[5]。
电测系统是将被测的振动量通过传感器转化成电参量，经系统放大、处理、信号变换等，将振动量显示或记录下来。或通过分析、计算、实时处理等，把衡量振级参数的时间历程、频率谱等，以数字或图形记录绘制出来，使人一目了然[6]。
这种测振系统灵敏度高，频率范围或动态线性范围宽，便于分析和遥控，是目前应用最广泛的测振系统，但该系统易收电磁场的干扰。在这种测振系统中，常采用的传感器有：磁电式传感器、电感式传感器、电容式传感器和压电式传感器等。
⑴磁电式传感器：图2-1为它的结构简图，它由磁铁1、装有线圈的框架
2、平弹簧
3、支柱4和在被测表面安装的底座5组成。这种传感器灵
敏度高，测量精度高，受温度、湿度影响较小，低阻抗输出引起的干扰噪声小。缺点是结构尺寸和质量大，受磁场影响大，永磁铁的衰减会引起灵敏度的降低。可用于测量频率范围为10~500Hz的线速度或角速度，
0.001~1mm的位移，0.01 g~10g的加速度（g为重力加速度）的振动。
图2-1 磁电式传感器简图
1—磁铁；2—框架；3—平弹簧；4—支柱；5—底座
⑵电感式传感器：对于电感式传感器，当振动时由于由弹簧支撑的惯性质
量和与壳体相连的电磁体间的气隙发生变化，导致线圈周围的磁通量发生变化而产生感应电动势。它一般适用于测量20~1000Hz范围内的信号。
⑶电容式传感器：多采用惯性式电容传感器作为电容传感器，适用于测量
10~500Hz范围内的线位移或角位移（0.001~1mm）。它具有灵敏度高、结构简单、尺寸小等优点，但受温度、湿度以及电容介质的影响大，且与其匹配的仪器要求高。
⑷压电式传感器：压电式传感器是利用压电元件，在振动时利用惯性质量
动对其施加交变压力，则会产生输出交变电荷的来测量振动，其输出量与振加速度成正比。它的适用测频范围：若与前置放大器配套时为2~104Hz,与电荷放大器配套时为0.3~104Hz,可测加速度值为10-4~104g,特别适用于冲击测量[7]。
由于测量目的不同，所选择的方法，包括所测振的参数、测振所用的传感器，测点位置等，也随之不同，大致分为以下几种：
⑴当研究结构强度、分析振型时，通常应测量振动位移，且需进行多点测
量；
⑵当研究振动物体的阻尼室，通常应以测量振动速度为主；
⑶当研究振动对零部件的载荷与力的关系，以及振动时力的传递时，应测
量加速度。
2.3 噪声的基本概念及相关参数
与对声音的度量一样，为了客观上表示噪声的强弱，常用声压、声强和声功率等参量作为噪声的物理量度。
声压定义为有声波时压力超过静压的部分。一般正常人耳刚能听到的频率为1000Hz 的声压为20μPa,称为听阈声压，此值常用来做基准声压；而使人耳刚刚产生痛觉的声压，则称为痛阈声压，其值为20Pa [8]。
声强定义为一个与指定方向垂直的单位面积上,平均每单位时间内传过的声能。其数学表达式为：
dt u t p T
I T n ⎰=0)(1 (2-1) 式中T 为比周期大得多的时间间隔；)(t p 为声波传播方向上某点处的瞬时声压；n u 为声波传播方向上某点处的瞬时质点速度。
声功率定义为声源在一段时间内，平均每单位时间内发射出的声能。常记为W ，单位为W （瓦），并通常取W 作为基准声功率。其数学表达式为:
∑∆=Si Ii W (2-2) 其中，Si ∆是声强为Ii 的测量表面上的面积；Ii 是测量表面上面积为Si ∆处的声强；i 为测量表面上测点的序号[9]。
2.4级及其单位分贝
由于从听阈到痛阈，声压之比为1:106，即相差为100万倍，而相应声强之比则为1:1012
，即相差达万亿倍之多。因此直接用声压值或声强值来表示声音的强弱都是很不方便的；另外，也由于人耳对声音强弱的感官作用接近于对数方式，故人们就用一个成倍比关系的对数量－—“级”来表示声音的强弱，即声压级、声强级和声功率级，级的单位为dB(分贝)。
声压级常记为p L ，其数学表达式为： 020
2lg 20lg 10p p p p L p == (2-3) 式中，p 为声压有效值；0p 为基准声压，在空气中取upa p 200= 。正常
双耳从听阈到痛阈相应的声压值为0-120dB 。
声强级常记为I L ，其数学表达式为：
lg 10I I L I = (2-4) 式中，I 为声强；0I 为基准声强，在空气中取2120/10m W I -=。正常人双耳从听阈到痛阈相应的声强值为0-120dB 。
声功率级常记为W L ，其数学表达式为：
lg 10W W L W = (2-5) 式中，W 为声功率；0W 为基准声功率，在空气中取W W 12010-=。
2.5 噪声的主观评价方法
噪声一般含有多个频率成分，并占据相当宽的频带，即所谓的宽带噪声，对它的主观评价就比对纯音的主观评价复杂得多，常用的主观评价有A 声基、等效连续A 声级、噪声评价数NR 和响度、响度级等。由于本文所用到的声级计测量的是噪声的等效连续A 声级，因此主要对等效连续 A 声级做一个介绍。
A 声级仅实用于对稳态连续噪声的评价，而对于噪声级随时间变化的非稳态连续噪声，或者虽稳态但不连续的噪声，则应该采用“等效连续A 声级”评价。所谓等效连续A 声级就是在声场中的某一定点位置上，对一段时间内出现的几个不同A 声级，采用能量平均的方法，以一个在相同时间内能量于之相等的稳定连续的A 声级，来表示该段时间内噪声的大小，这个A 声级就是等效连续A 声级，常以符号eq
L 表示单位为dB,其数学表达式为：
dt T dt p t p T L T t L T A eq A ⎰⎰==0
10/)(200101lg 10))((1lg 10 (2-6) 式中,T 为总的测量时间;)(t P A 为A 计权瞬时声压；0P 为基准声压，
a uP P 200=；)(t L A 为噪声的瞬时A 声级。
实际应用中，对有限个A 声级测定值，式（2-7）可简化为：
]101lg[10)]1010(1lg[101
10/10/21210/1∑==++=n i L L L eq i A A A n t t T L （2-7） 式中，1A L 、2
A L 分别为1t 、2t 等时间内发生的A 声级；1t 、2t 分别为1
A L 、2A L 等对应的时间段；
i A L 为n 个A 声级中第i 个测定值[10]。
第三章 系统总体方案设计
3.1 变速箱噪声产生原因
变速箱的结构很复杂，常见的变速箱有输入轴、中间轴和输出轴三个轴，当输入轴受发动机驱动而旋转时，通过常啮合齿轮带动中间轴上的齿轮旋转，从而带动输出轴上齿轮旋转。至于是哪对齿轮啮合旋转，就要看所选择的档位，由此改变了输入时的转速和扭矩。基于变速箱的工作原理和运行状况，并根据厂家的生产经验，齿轮、轴承和轴的故障占变速箱故障的90%。它们产生的噪声是变速箱中的主要噪声源，产生的原因主要有：
⑴齿轮在啮合过程中，因齿与齿之间的连续冲击而使齿轮产生频率为啮合频率的受迫振动并带来冲击声。这主要与齿轮误差大小及周期性有关。
⑵因齿轮受到外界激振力的作用而产生的频率为齿轮固有频率的瞬态自由振动并带来噪声。
⑶因齿轮、轴承及装配轴的偏心引起的旋转不平衡惯性力，所产生的与转速相一致的低频振动和共鸣声。随着轴的旋转，每转发出一共鸣声。
⑷因齿与齿之间的摩擦导致齿轮产生的自激振动并带来摩擦声。在齿轮精度较高的情况下，所听到的是周期性齿面跑合声，它主要与齿面加工状态及润滑条件有关。如果齿轮凹凸不平，会引起快速周期性的冲击声。所以齿轮噪声具有连续宽广的频率分布[11]。
3.2 特征频率计算
轴频、齿轮的啮合频率等特征频率的频谱图是对故障判断的依据。 在定轴系统中，齿轮的啮合频率由下式计算[12]：
Hz nz f z 60
(3-1) 式中，z 为齿轮的齿数；n 为齿轮的转速（转/分）。
由式(3-1)可以知道，啮合齿轮中，两个齿轮的啮合频率是相同的。在试验过程中，精确测定齿轮的转速对计算啮合频率是十分重要的。
当齿轮的转速变化时，啮合频率也随之而变化。而且随着转速的升高，齿轮噪声增大。这是判断齿轮啮合频率的两个基本原则。此外，齿轮的啮合频率还往往呈二次、三次等高次谐波出现在频谱中。
图3-1是长春一汽集团变速箱厂生产的某一型号的变速箱，它具有7个档位，多对齿轮同时啮合，结构紧凑，因而声振信号十分复杂。表3-1为该变速箱传动装置中的齿轮的特征频率，表3-2为轴承的特征频率。
表3-1 齿轮的特征频率
表3-2 轴承的特征频率
3.3 各传感器的布置
3.3.1 噪声测量
由于在现场测量，外界的干扰对测量的精确度影响很大，为保证准确的测量到来自变速箱本身产生的噪声，应把被测变速箱放入完全封闭的消声室，利用专门的测声仪器——声级计来测量。声级计也叫噪声计，是用于测量声压级或声级的仪器，是声学测量中最基本的最常用的仪器[13]。按其用途可分为：一般声级计、积分声级计、车辆声级计、脉冲声级计、统计声级计等；按声级计测量的精密程度来分，分为一般型声级计和精密型声级计。在本文中，介于题目的要求和精确性的考虑,选用精密型声级计，测量位置应选在距变速箱的中心0.5m 处，并且垂直与地面放置。测量结图3-1 齿轮变速箱结构简图
果用等效连续A声级表示，单位为分贝（dB）。此外，还应在以LabView 软件为虚拟平台的计算机程序中设置报警装置，当噪声的大小超过95dB,就应报警，关于软件部分将在第四章中做详细介绍。
3.3.2 振动测量
因为变速箱的振动信号可以用振动位移、速度、加速度对时间的历程来描述，而且三者之间存在着简单的微分和积分关系，因此只要测得其中一个，就可通过积分和微分获得另外两个参数。根据检测参数的不同，测振传感器分为：位移传感器、速度传感器和加速度传感器[13]。所选择的传感器的精度、量程和频率范围、甚至传感器的质量等，应符合设计要求，如果希望传感器的频率范围要足够宽，以保证被测参数的频率在其线性范围内，如果被测对象质量比较轻，就应该选择轻型传感器或非接触式传感器，以避免传感器的质量对测振精度的影响；如果是在现场测量，还应对环境影响予以充分考虑。如湿度、温度以及周围的电磁场，特别是电磁场会引起“本底噪声”，因而传感器应采取密封、防潮、防干扰等措施[14]。
在本设计中，选择加速度传感器测量变速箱的振动，它的位置应放在距离变速箱轴承最近的位置，因为轴承是整个传动系统的支架，离它的距离近，就能较准确地测得信号。然后再对该电信号进行数字处理（信号的数字处理在下一节有详细介绍），从而对信号进行频谱分析，进而找出变速箱的故障所在。
3.4 信号的模数转换
由于数字电子技术的迅速发展，尤其是微型计算机在检测技术中的广泛使用，用数字电路处理模拟信号的情况变得非常普遍。
模数转换是将模拟量转化为一定码制的数字量。进行模数转换的器件或装置称为A/D转换器。到目前为止，A/D转换器有较多的品种和规格，从基本转换原理上来看，主要可以分为直接比较型和间接比较型。直接比较型是将输入的模拟信号直接同作为标准的参考电压相比较而得出数字量；间接比较型是将输入模拟电压和参考电压都变成中间物理量，再进行比较，最后进行编码输出。A/D转换的过程主要包括采样、量化和编码三个过程[15]。
采样这一过程是把输入的连续时间变化的模拟量离散化，即变成时间域上断续的模拟量，如图3-2所示；量化过程就是把采样取得的在时域上断续，但是在幅值上连续的模拟量进行量化，即用相对于最小数字量的信号值的某个整数倍去表示该采样值；编码是把已经量化的数字量用一定的代码输出。通常采用二进制码，如图3-3所示。在这里，还要对一些重要参数进行说明。
图3-2 模拟量采样图3-3 量化和编码
3.4.1 采样频率
奈奎斯特理论（Nyquist Theory）指出，进行无损的数字化转换，采样频率至少是所采信号所含最高频率的2倍[15]。例如，收音机语音信号的最高频率跃为3.6Hz,根据奈奎斯特理论采样频率就应大于7.2Hz,所以选择一个标准采样频率8kHz。显然，采样频率越高，就能在相同的时间内获得更多的原始信号，如果原始信号的变化速度比采集卡的数字化速度快，或者是采样得太慢，就会产生波形失真。因此，为了不失真的再现原始信号，应该有足够高的采样频率。
3.4.2多通道信号采集方法
对信号进行采集通常都是多同通道的，本选题就是同时对一个噪声信号和一个振动信号进行分析处理。要从几个通道得到数据，通常采用采用连续扫描方法，具体来说就是使用多路开关把每个信号端连接到A/D转换器。采用连续扫描方法，要比给每个通道一个放大器和A/D转换器要经济得多，但是这只适用于在采样点之间对实时性要求不太高的情况下，如果采样点之间对实时性发要求很高的话，则必须同时采集信号[16]。
3.4.3分辨率[17]
A/D转换器的分辨率越高，说明它的位数越多，可以区分的电压值就越小。例如，位数为8位的A/D转换器把模拟电压的范围分成了28（256
位）段，每一段分别用0——256的二进制代码000000000——100000000表示，这个范围有可能太小了，一部分原始信息就会被漏掉了，而不能反映出来。如果把A/D 转换器的位数增加到12，代码数就从256增加到了4096，这样就能较精确的反映原始信号了。
3.5 采集卡的选择
采集卡，顾名思义就是用来采集信号的一种板卡，它有很多型号，应该根据具体的情况选择适当的采集卡。首先，要确定通道数，所要测量的是一个噪声信号和一个振动信号，所以应选择至少有二个通道的采集卡；然后，根据所算的各对齿轮之间的啮合频率，也就是分析频率，来选择采样频率，根据采样定理，采样频率至少是所采信号最高频率的两倍，在这里选择2.56倍，因为信号是要求并行输入的，这样才能更准确更快速的采集到信号，所以所要求的采集卡的总的采样频率应该等于：齿轮啮合频率（最高频率）⨯2.56⨯通道数（3）。根据所算的结果，选择PCI-6023E 采集卡，PCI-6023E 为多功能数据采集卡（DAQ ），16路单端/8路差分模拟输入，12位精度，可以以200K 进行数据采集与磁盘写入。
3.6 检测装置及系统总体方案设计
图3-1 检测装置及其系统输入 输出
系统的检测装置布置如图3-1所示，电动机输入转速，带动变速箱运行，中间连接扭矩传感器，测量变速箱的扭矩和转速，减速器起到的是控制变速箱转速的作用，规定变速箱的转速为3000r/min左右,当通过扭矩传感器所测得的变速箱转速偏离规定值时，减速器就根据情况调节转速。
第四章软件设计及变速箱故障分析
4.1 LabView概述
越来越复杂的测试条件、高度自动化的工业化大生产迫切需要功能更强大、成本更低廉、系统更灵活的新一代测试仪器。从模拟技术向数字技术过渡、从单台仪器向多种功能仪器过渡、从完全由硬件实现仪器功能向软硬件结合方向过渡、从简单的功能组合向以个人计算机为核心的通用虚拟测试平台过渡，是电子测试仪器的发展方向。LabView就是基于这一发展方向而开发出来的，它本身是一个功能完整的软件开发环境，同时也是一种功能强大的编程语言。由于LabView采用基于流程图的图形化编程语言，因此也被称为G语言（graphical language）。与其他编程语言相同，G语言既定义了数据类型、结构类型、语法规则等编程语言基本要素，也提供了包括断点设置，单步调试和数据探针在内的程序调制工具，在功能完整性和灵活性上丝毫不逊于任何高级语言[18]。它最大的优势表现在两方面：一方面是编程简单，易于理解，尤其是对熟悉仪器结构和硬件电路的工程技术人员，编程就像设计电路图一样，上手快，效率高；另一方面LabView针对数据采集、仪器控制、信号分析和数据处理等任务，设计提供了丰富完善的功能图标，用户只需直接调用就可以了。
虚拟仪器VI(virtual instruments)是LabView首先提出的创新概念，LabView编写的程序都冠以.vi后缀，就是表示虚拟仪器的意思。一个VI 可以由前面板、数据流框图和图标连接端口组成，前面板相当于真实物理仪器的操作面板，而数据流框图就相当于仪器的电路结构，前面板和数据流框图有各自的设计窗口，而图标连接端口则负责前面板窗口和框图窗口之间的数据传输与交换[19]。
4.2 傅立叶变换在LabView中的应用
4.2.1 傅立叶变换的概念
根据采量序列的特点，我们采用快速傅立叶变换（Fast Fourier Transformation,FFT）的方法来对信号进行分析处理。FFT是一种重要的变换，是分析有限长序列的有用工具，在信号处理的理论上有重要意义，在运算方法上起核心作谱分析、卷积、相关都可以通过FFT在计算机上实现。
在对信号进行频谱分析处理中，傅立叶变换是一种很重要的数学工具，离散傅立叶变换（Discrete Fourier Transformation,DFT）是利用计算机对信号作频谱分析的理论依据，但直接利用计算机由于计算量很大，将花费很长时间。20世纪初就有人提出了几种算法来解决这个问题，但直到1965
年美国人库力和图基才提出后人皆知的快速傅立叶变换法[22]。
FFT 以较少量的计算实现DFT 快速算法，它使理论变成现实，是数字信号分析与处理的强有力的工具，已被广泛应用于各个科学技术领域。它的原理如下：
设N 点有限长序列X(n)的DFT 为
n k n j h n e
n X k X π210)()(--=∑= （4-1）
其中，11,0-=N k 。
而FFT 之所以快速是因为它把原始的N 点序列依次分解成一系列短序列。充分利用DFT 计算式中的指数因子n
j e W n π2-=，所具有的对称性质和周期性质，进而求出这些短序列相应的DFT ，并进行适当组合，最终达到删除重复运算，减少乘法运算，提高速度的目的。
设f(x,y)为输入方阵，F(u,v) 为f(x,y)的离散傅立叶变换，则二维离散傅立叶变换对由下式给出：
正变换：
vy M x N y ux w w y x f MN
v u F --=-=-∑∑=210101),(1),( (4-2) 11,0;1,1,0-=-=N v M u
反变换： vy M x N y ux w w y x f MN
v u F --=-=-∑∑=210101),(1),( (4-3) 11,0;11,0-=-=N y M x
其中： )2exp(),2exp(21N
j w M j
w ππ-=-= (4-4) N M ,分别为)(),(v y u x 方向的采样序列长度[20]。 4.2.2 傅立叶变换的误差形式
由于离散傅立叶变换需要采样和截断，所以在用DFT 逼近函数时将引起误差，误差形式主要有三种：
⑴ 栅栏效应：非周期信号具有连续频谱，但是用DFT 计算非周期信号的
频谱时，只能观察到离散的N 个谱值，这就像通过栅栏观察景物一样，只能观察到离散频率点上的谱值，故称栅栏效应。栅栏效应使在频率抽
样间隔之间的频谱无法反映出来，克服的办法是采用频率细化技术。⑵混叠效应：当采样频率Ts不够高时，高频信息被混叠到低频信息，克
服的办法是在确定采样孔径的情况下，提高采样频率，使之满足采样定理，Ts≧2Tm，其中Tm是原信号的最高频率，但是混叠误差是不可避免的，原因如下：采样定理指出，在对一带宽有限的函数采样时，选用合适的采样间距完全可以避免混叠。但是我们在采样时，对一个带宽有限的函数截取了一段有限长度T，这个采样过程可以模型化为将函数与宽度为T的矩形相乘，杂频域上等价于将其频谱与无限持续的sin(x)/x 函数在频域上卷积；而两个函数的卷积结果不可能比其中任意一个窄，所以通过截取的函数的频谱在频域内是无限延伸的，可见，截取破坏了带宽的有效性，注定数字处理在任何情况下都会造成混叠，所以说混叠误差不可避免。在采样时满足采样定律的要求下，用在一定范围内加大载波频率的方法来减小这一误差。
⑶频谱泄露：当对信号采样和截断时，由于事先不知道信号的确切周期而
不能按周期整数倍截断，导致产生了频谱泄露。它是指谱线由原来集中在某一频率处变成分散在这一频率附近处的扩展谱线的现象。解决频谱泄露有两种方法：一是对周期信号做整周截断，但这是很难做到的，因为采样的时候要精确的确定信号周期不是容易的事，但可以通过采用较长时间长度的采样点进行分析，以减少频谱泄露。二是对降低DFT等效滤波器幅频特性的旁瓣。具体办法是对采样序列加窗处理[23]。
4.2.3 LabView中的频域分析
LabView高级分析库中的频域分析模板提供了丰富的信号频域分析函数，包括傅立叶变换、Hilbert变换、小波变换、功率谱分析、联合时频分析、斜波分析等[24]。本设计用到的是傅立叶变换，，经过变换后，能够精确的得到所测信号的幅值，也就是齿轮的啮合频率，从而判断出是哪对齿轮出现了故障。
4.3 系统流程图及软件实现
整个软件系统的流程如图4-1所示，总的来说，本软件系统参考了目前流行的“虚拟仪器”思想，将系统设计为基于一定的硬件基础之上，利用计算机丰富的软硬件资源及强大的软件处理能力，最终实现系统功能。它是由一个噪声和振动的读取程序，也就是读文件的程序；以及对信号的时域波形进行傅立叶转换的程序；再加上一个对噪声信号进行实时监测的程序，它显示等效连续A声级，也就是分贝数，当噪声值低于95dB时，则显示绿灯，高于95dB,则报警，红灯亮。
图4-1 系统流程图
如流程图4-1所示，该“出厂声振检测系统”是由棒图显示、时域实时显示、报警提示和数据分析这四个子VI所组成。各个子VI在整个程序的运行中分别起到不同的作用，棒图显示子VI实时显示声压级的状态，主界面上的绿色条状物，就是随着噪声值的变化而起伏跳跃；时域实时显示子VI实时显示信号的时域波形图；数据分析子VI则是经过傅立叶变换，把时域波形转化为频域波形，这样才能清楚的检测到倍频，进而分析出变
速箱的故障的所在；报警提示子VI 则是实时监测噪声值，当噪声值大于规定的95dB 时，则发出报警，红灯亮。
图4-2 声振信号时域波形
图4-3 数据分析界面
软件的具体实现过程如下所述，如图4-2是系统运行的主界面（程序框图见附录1），可以看见有两个时域波形，分别是振动和噪声信号的时域波形，可以实时显示振动和噪声的动态波形，便于实时观察；界面的右下角则是显示的噪声的等效连续A声级，并实时显示分贝数。当超过设定的95dB时，则报警，系统自动转到数据分析的界面，如图4-3所示（程序框图见附录2）。根据所求得的振动信号频谱图（图4-3上图）可知，1200Hz 及其二倍频出现峰值，而通过对变速箱各部件的特征频率的计算（表3-1、表3-2）可以得到：Z22-Z43的啮合频率接近于1200Hz,故是这对齿轮出现了故障。同时由图4-3下图（噪声信号频谱图）也可以得到Z22-Z43的啮合频率及其二倍频也出现峰值现象，故进一步证明了该变速箱的故障所在。所以该系统是便捷、可靠的。
第五章结论与展望
5.1全文结论
1、为了解决目前复杂设备误诊和漏诊几率较高的问题，本文采用了目前正发展迅速的声振检测技术，声振检测技术的发展给我们以启示：就好比医生对同一个病人进行诊断，为了能够较全面地了解病情，应该检验各项身体指标，对这些指标进行会诊，才能得到相对准确的诊断结果。对变速箱的诊断也是如此，不光要检测振动信号，同时还要结合噪声信号进行分析诊断，这样大大提高了检测的准确性，
2、对汽车变速箱在运行时噪声产生的原因进行了较深入的研究，当变速箱发生故障时，其振动和噪声的大小及形态将随之变化，它包含了丰富的状态运行信息，因此不拆卸变速箱就可以对其进行故障诊断。
3、完成了从参数计算到信号处理以及系统软件分析与设计的工作。用LabView对其进行了设计，构建了一个完全虚拟化，但可视性极高的用户操作平台，实现了用一台计算机对信号进行实时采集、检测、报警、信号分析以及故障诊断等多项任务，大大减少了开发费用，缩短了开发周期。
5.2展望
声振检测技术在汽车变速箱故障诊断中应用的前景是非常广阔的，但起步时间相对较晚，需要做的工作还很多，主要有以下几个方面：
1、噪声污染是当今社会环境的主要污染，制造出满足环保要求的机械设备是生产企业生存的一个基本要求。如何保证产品在出厂前满足环保噪声的要求是现代的企业研究的一个新课题。由于生产车间本身就存在很大的噪声，因此在车间对变速箱进行检测是很不方便的，而消声室的构建成本又相对较高，如何避免背景噪声的影响，又能够高效率、低成本的完成检测是目前急待解决的问题。
2、在进行状态监测和故障的分析检测的软件开发中，由于很多功能的类似性和复发性，可以开发一些组件和动态链接库，以避免在以后类似的研究项目中劳动的重复性。另外，网络化也是今后发展的一个趋势，通过各种通讯手段将故障诊断系统和数据采集系统组合起来使用，可实现对多台机组的有效管理，减少监测的投资，提高检测的效率。
声振检测法 近年来，随着复合材料和复合结构的应用不断加强，对检测的要求也不断提高，一些常规的无损检测方法往往难以满足要求，如纤维增强复合材料的疲劳裂纹和冲击损伤，就是不容易检测的缺陷。此外，复合材料中的残余应力常将裂缝的两侧压在一起，形成所谓的“无间隙裂缝”，这种裂缝不能承受除了压力载荷外的其他载荷，但是低幅度的超声检测技术也都几乎无能为力，而采用声振检测方法检测上述缺陷时，却往往能取得比较满意的结果。声振检测是激励被检件产生机械振动，通过测量被测件振动的特征来判断其质量的一种无损检测方法。 一、检测原理及方法 我们知道一个物体的振动状态不同，表现为发出的声音不同，在物理上是由于他们振动的幅度、振动的频率、Ａ振动持续的时间以及单一振动和复合振动等的不同。这些在物理量与振动物体的材料和结构等的性能是相关的。作为一个振动系统，在单一频率情况下，机械振动的基本方程为 =? F Z u
式中，F——机械振动的驱动力 u——质点的振动速度 Z——等效力阻抗 Z的表达式为i Z jwM R jX R =++=+ jwC 式中，N——等效质量，C——等效柔顺性，R——等效损耗阻，Z 的数值与胶接状态密切相关。通过测量Z，或在F一定时测量u，就可以相对地堆胶接质量进行检测。 所谓声阻检测法就是用电声能器激发样品振动，而反应样品振动特性的力阻抗反作用于换能器，构成换能器负载。当负载有变化时，换能器的某些特性也随着变化。换能器不同特性的测量有振幅法、频率法和相位法。 （一）频率检测法 当对构件施加一冲击力时，它将在其所有的振动形态下振 荡，不同形态的相对强度视冲击性质和位置而定，因此，构 件响应是系统所有形态自然频率和阻尼的函数。采用高速
第一章绪论 1.1 声振检测的研究意义及应用价值 随着汽车工业的迅猛发展，变速箱以其传动比固定，传动力矩大，结构紧凑等优点，使它成为了汽车的关键性传动部件之一，其操作性、传动性和安全性的好坏直接影响到汽车的整体性能。它的工作是否正常涉及到整个机组的工作性能。变速箱的结构和工作形式都很复杂，这又使得它容易发生故障，因此变速箱的检测在机械工程中占有重要地位。获得诊断信息的常用方法有直接观察法、振动噪声检测法、磨损残留物检测法和运行性能检测法[1]。 对于变速箱而言，噪声和振动信号是故障诊断的重要信息。当故障出现时,其振动强度增大，噪声水平超标。所以利用声振诊断的方法，就能对变速箱的运行状态和出现故障的原因、部位有一个比较清楚的了解，从而诊断出故障。这可为设备的正常运行和维修提供比较充分的依据，在生产和维修中获得显著的经济效益。主要包括：降低维修费用、提高机器的有效使用率、提高安全性、降低噪声辐射。 1.2 声振检测在故障诊断中的研究现状及发展趋势 作为故障诊断一个分支的声振诊断方法，包括声振的测量和检测，它是伴随着设备故障诊断一同成长起来的，由最初的简易诊断发展为现在的精密诊断、预知维修；减振降噪也由无源控制向有源控制方向发展[2]。 要求机械设备不出现故障是不可能的，绝对安全可靠的机械设备也是不存在的。我们只能从预防故障和减少损失的角度出发，及时发现设备的故障和异常，掌握设备的运行状态，对已经形成的或正在形成的故障进行分析诊断，判断故障的部位和产生的原因，并及早采取有效的措施，做到防患于未然。因此,变速箱在出厂前就应该做好这方面的检测工作,这样才能尽可能的减小损失。所谓出厂检测，顾名思义，就是要在变速箱制造完后，在出厂前，对它的性能作一个全面的检测，变速箱的结构和制造过程都非常复杂，为了能够延长使用寿命，更应该做好出厂前的检测工作，这样能大大的降低生产成本。设备状态监测与故障诊断技术就是为了适应检测类似变速箱等各种机械设备这一需要而发展起来的一门新兴学科，它的发展是从20世纪60年代中期以后开始的。 在这方面,美日等发达国家是走在世界前列的,例如美国NI公司开发的LabView软件,它是一种虚拟的图形化的编程语言,大大减少了测试的硬件设备、软件开发的周期。这种图形化语言已经广泛地应用在测量测试、数
随着市场的飞速发展和人们对生活品质要求的不断提高，的应用越来越广泛。在构造“和谐社会”，提倡“以人为本”的今天，人们不再是仅仅满足带来的方便，而且对乘坐的舒适性也提出了更高的要求，其中，的噪声就是人们关注的一个问题。同时，的噪声也反映了安装调试质量的好坏。监督检验规程中对噪声测试作了详细的规定，但由于该项目不是重要项目，同时大多人认为这与安全相关不大，从而在监督检验中对此项测试不够重视。同时，检验人员对噪声测试方面的知识也是缺乏系统的了解，从而在检验记录中不能正确地反应实际情况，例如：在测试中，忽略背景噪声的测试，更谈不上测试数据的处理了。本文将在介绍噪声相关理论的基础上，讨论噪声的测试方法及相关的数据处理方法。 1 噪声的基本概念 人类是生活在一个声音的环境中，通过声音进行交谈、表达思想感情以及开展各种活动。但有些声音也会给人类带来危害，例如：工厂里震耳欲聋的机器声、机场旁呼啸而过的飞机声等。这些都是人们生活和工作所不需要的声音，称之为噪声。从物理学的观点来看，凡是振幅和频率杂乱、断续或统计上无规律的声振动，都称为噪声。同时，噪声的判断与人们的主观感觉和心理因素也有关系，对于一切不希望存在的干扰声都可以叫着噪声。例如：在某些时候、某些情绪条件下音乐也可能是噪声。按照噪声发生的机理，可将噪声分为空气动力性噪声和机械性噪声两大类。的噪声主要属于机械性噪声。 噪声是声音一种，其本质是波动。当物体在空气中振动，使周围空气发生疏、密交替变化并向外传递，当这种振动频率在20-20000hz
之间，人耳可以感觉，称为可听声，简称声音。噪声测试就是针对这个频率范围内的声波进行的。而频率低于20hz的叫次声，高于20000hz 的叫超声，它们作用到人的听觉器官时不引起声音的感觉，所以不能听到。 2 噪声的评价方法 人们日常生活中遇到的声音，若以声压值来表示，由于其变化范围非常大，可以达到六个数量级以上；同时由于人体听觉对声信号强弱刺激反应不是线性的，而是成对数比例关系，所以采用分贝来表达声学量值。所谓分贝是指两个相同的物理量（例β1和β0）之比取以10为底的对数并乘以10（或20），即：n = 10lg(β1/β0)。式中β0是基准量（或参考量），β1是被量度量。分贝的符号为“db”，它是无量纲的。 为了能用仪器直接反映人的主观响度感觉的评价量，在噪声测量仪器——声级计中设计了一种特殊滤波器，它能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感相似的值，这种特殊滤波器叫做计权网络。通过计权网络测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级，而叫计权声压级或计权声级，简称声级,通用的有a、b、c和d计权声级。a计权声级是模拟人耳对55db以下低强度噪声的频率特性；b计权声级是模拟55db到85db的中等强度噪声的频率特性；c计权声级是模拟高强度噪声的频率特性；d计权声级是对噪声参量的模拟，专用于飞机噪声的测量。计权网络是一种特殊滤波器，当含有各种频率通过时，它对不同频率成分的衰减是不一样的。a、b、c计权网络的主要差别是在于对低
三种测试方法测试声速 一、实验目的 掌握测量声速的几种方法 实际测量声速 二、实验仪器 SV-DH系列声速测试仪为观察、研究声波在不同介质中传播现象，测量这些介质中声波传播速度的专用仪器。它们都由声速专用测试架及专用信号源二部分组成。仪器可用于大学基础物理实验。 SV-DH系列声速测试仪不但覆盖了基础物理声速实验中常用的二种测试 方法，而且，在上述常规测量方法基础上还可以用工程中实际使用的声速测量方法时差法进行测量。在时差法工作状态下，使用示波器，可以非常明显、直观地观察声波在传播过程中经过多次反射、叠加而产生的混响波形。 型号与组成 SV-DH系列声速测试仪是由声速测试仪（测试架）和声速测试仪信号源二个部分组成。下列声速测试仪都可增加固体声速测量装置，用于固体声速的测量。 对于声速测试架，有以下型号： SV-DH-3型声速测定仪（支架式、千分尺读数）； SV-DH-3A型声速测定仪（支架式、数显容栅尺读数）； SV-DH-5型声速测定仪（液槽式、千分尺读数）； SV-DH-5A型声速测定仪（液槽式、数显容栅尺读数）； SV-DH-7型声速测定仪（液槽可脱卸、千分尺读数）。 SV-DH-7A型声速测定仪（液槽可脱卸、数显容栅尺读数）。 对于信号源，有以下型号： SVX-3型声速测定信号源（频率范围20kHz～45kHz，带时差法测量脉冲信号源）； SVX-5型声速测定信号源（频率范围20kHz～45kHz，带时差法测量脉冲信号源）； SVX-7型通用信号源（频率范围50Hz～50KHz、带时差法测量脉冲信号源）； 图1列出SVX-5、SVX-7声速测试仪信号源面板，图2为声速测试仪外形示意图。 图 调节旋钮的作用： 信号频率：用于调节输出信号的频率； 发射强度：用于调节输出信号电功率（输出电压）；接收增益：用于调节仪器内部的接收增益。
无损检测技术中的声学参数测量与分析方法 随着科学技术的不断进步，无损检测技术在工业领域的应用越来越广泛。声学 参数测量是无损检测技术中的一种重要方法，通过测量和分析材料的声学性能可以判断材料的质量，识别出可能存在的缺陷。本文将介绍无损检测技术中的声学参数测量与分析方法的一些基本知识和方法。 首先，声学参数测量的基本原理是利用声波的传播特性来获取被测材料的相关 信息。常用的声学参数包括声速、声阻抗、声吸收系数和声透射率等。声速是指声波在材料中传播的速度，可以通过测量声波在材料中传播的时间与材料的厚度来计算。声阻抗是指声波由一个介质进入另一个介质时发生反射和透射的程度，可以通过测量材料上的反射和透射声波的振幅来计算。声吸收系数是指材料吸收入射声波能量的能力，可以通过测量入射声波的功率和透射声波的功率来计算。声透射率是指声波从一个介质传播到另一个介质时透射的比例，可以通过测量透射声波的功率和入射声波的功率来计算。 其次，声学参数的测量方法有多种。其中，最常用的方法之一是声波探头法， 通过将声波探头放置在材料上进行测量。声波探头法适用于对材料内部缺陷进行检测和测量。另一种常用的方法是超声波检测法，通过向材料中发送超声波并接收回波来测量材料的声学参数。超声波检测法适用于对材料表面以及内部的缺陷进行检测和测量。还有一种方法是声学共振法，通过将材料置于一个声学共振腔中，测量共振频率和共振幅度来获取材料的声学参数。此外，数字声学技术也被广泛应用于声学参数测量中，利用计算机技术对声音进行数字化处理和分析。 最后，声学参数分析是无损检测技术中的重要环节。通过对声学参数进行分析，可以判断材料的缺陷情况和质量状况。例如，在超声波检测中，分析声波的回波可以确定材料中的缺陷位置以及缺陷的性质。在声吸收系数的分析中，可以通过比较材料的声吸收系数与标准值来判断材料的质量。此外，声学参数分析还可以结合其他无损检测方法，如X射线检测和磁粉检测等，来综合评估材料的性能。
共振在医学上的应用 随着科学技术的不断发展，共振技术已经在医学中被广泛应用。共振技术有许多种，其中包括磁共振、声共振、光共振等多种形式。在医学领域中，共振技术可以用来诊断疾病，发现隐藏在人体内部的问题，进而给患者提供治疗方案。 现在我们来了解一下在医学领域中，共振技术的具体应用。 1.核磁共振成像 核磁共振成像（MRI）是以磁场和无线电波作为信息信号，依据人体内部组织的不同特征来制成图像的一种断层成像技术。它可以显示出人体内部的结构、功能以及代谢等情况。由于MRI提供的图像清晰，可以显示细微的病理变化，因此它被广泛应用于肿瘤检测、骨骼疾病检测、脑部疾病检测和心脏疾病检测等方面。 2.声共振成像 声共振成像（SWI）也被称为磁共振梯度回波序列（GRE），是一种新近出现的成像技术，它可用来在医疗领域中测量局部血流速率以及检测血管内的血凝块。声共振成像擅长于检测血管中的血小板聚集，它可以将血红蛋白和铁一起显示在MRI图像中。因此，这项技术在评估癌症病变、中风和神经退行性疾病方面能够发挥重要作用。
3.共振弹性成像 共振弹性成像（MRE）是一种新兴的菲涅耳体系成像技术，它与普通MRI不同的是它除了能够显示人体内部结构外，还可以显示组织的硬度、弹性以及黏滞度等特性。通过共振弹性成像技术，医生可以在过程中测量肝脏、乳房、脾脏、胰腺等脏器的硬度，进而评估器官的健康状况，发现并诊断潜在的疾病或异常情况。 4.光声共振成像 光声共振成像（PAI）是一种成像技术，它结合了光学和声学成像的特点，可以获得未涉及到的无损深层组织成像，尤其是对于一些血管的成像效果优秀。光声共振成像可以帮助医生对体内血管和血流进行检测和治疗，例如通过测量血流速度、监测动脉的扩张程度等等。 总之，共振技术在医学领域有着广泛的应用价值，其所波及的范畴也日益扩大，甚至现在已经涉及到了生物化学检测领域。未来，随着共振技术的不断发展，它将会在医学领域中更广泛地被应用。
（19）中华人民共和国国家知识产权局 （12）发明专利说明书 （10）申请公布号 CN106646587B （43）申请公布日2018.08.21（21）申请号CN201611248676.8 （22）申请日2016.12.29 （71）申请人北京知觉科技有限公司 地址100085 北京市海淀区上地三街9号D座2层D312 （72）发明人喻乐;邹琪琳;常宗杰;刘晶;屠东升 （74）专利代理机构北京路浩知识产权代理有限公司 代理人李相雨 （51）Int.CI 权利要求说明书说明书幅图 （54）发明名称 基于声振动信号的目标检测与识别方法及系统 （57）摘要 本发明公开了一种基于声振动信号的 目标检测与识别方法及系统。所述方法包 括：利用M个或等效为M个光纤传感器获取 预设节点位置且预设时间段内的振动信号并 保存到振动数据矩阵；利用预加重方法对振 动数据矩阵预处理以获取K帧双极性信号数 据，并从中选取包括目标信号的双极性数据 帧；从双极性数据帧中提取每类信号每一列 的速度特征、能量分布特征和谱估计特征， 并根据上述各特征及对应加权值获取一个较 长的特征向量矩阵并对其降维处理；利用长
短期选择记忆神经网络模型识别双极性信号 数据、双极性信号数据帧及降维处理后的较 长的特征向量的振动信号类别。本发明可以 根据不同步骤的信息的共同作用决定声振动 信号识别，提高目标识别的辨识正确率。 法律状态 法律状态公告日法律状态信息法律状态 2017-05-10公开公开 2017-05-10公开公开 2017-06-06实质审查的生效实质审查的生效 2017-06-06实质审查的生效实质审查的生效 2018-08-21授权授权
光纤声波振动das模式识别算法-回复光纤声波振动DAS（Distributed Acoustic Sensing）模式识别算法是一种基于光纤传感技术的信号处理方法，用于检测和分析声波在光纤中的传播。光纤声波振动DAS模式识别算法在许多领域有着广泛的应用，例如地震监测、智能交通、油田声波监测等。 光纤声波振动DAS模式识别算法的核心思想是通过对纤芯中的光信号进行分析，获取声波在光纤中的传播信息。光纤传感器通过采集纤芯中光信号的幅度和相位信息，可以获得声波在光纤中的传播波形，从而实现对声波信号的实时监测和分析。 光纤声波振动DAS模式识别算法的第一步是信号数据的采集和预处理。通过光纤传感器采集到的光信号，我们可以得到一系列声波传播的幅度和相位数据。然后，需要对这些数据进行滤波、降噪和归一化等预处理操作，以保证后续的模式识别分析的准确性和可靠性。 接下来是特征提取阶段。根据声波信号的特点，我们可以选择合适的特征来代表声波信号的振动模式。常用的特征包括能量、频谱、时域特征等。这些特征可以通过信号处理技术进行计算和提取，从而形成一组描述声波信号的特征向量。 在特征提取完成后，就可以进行模式识别的关键步骤了。常用的模式识别方法包括统计分析、机器学习和深度学习等。统计分析方法主要是通过对特征向量进行统计学分析，利用统计特征来判断不同声波振动模式之间的差异。机器学习方法则是根据已有的声波模式样本，通过构建分类模型来对新的声波信号进行分类。深度学习方法则是利用深度神经网络的优
势，通过多个隐藏层的非线性变换和特征提取，能够更加准确地识别声波信号的模式。 最后一步是结果分析和反馈。在模式识别的过程中，我们需要对识别的结果进行验证和分析。如果识别准确率较低，我们可以进一步优化算法参数，增加样本集数量或改进特征提取方法。通过不断的调整和反馈，逐渐提高光纤声波振动DAS模式识别算法的性能和准确性。 综上所述，光纤声波振动DAS模式识别算法是一种基于光纤传感技术的信号处理方法，通过对光纤中声波信号的采集和分析，实现对声波振动模式的识别。它可以应用于多个领域，为地震监测、智能交通等领域提供了一种高效、准确的解决方案。随着光纤传感技术的不断发展和完善，光纤声波振动DAS模式识别算法有望在更多应用场景中大放异彩。
变压器振动声学指纹在线监测相关标准 1. GB/T 15307-2013《电力变压器振动噪声的测量与限值》（Measurement and limits of vibration noise of power transformers）为中国国家标准，主要规定了电力变压器振动噪声测试方法及其限值的关键参数要求。 2. IEC 60076-1:2018《电力变压器》（Power transformers）为国际电工委员会（IEC）标准，其中包含了变压器振动声学指纹在线监测的相关规定，包括振动测试和数据分析方法等。 3. IEEE C57.19.01-2014《电力变压器检测指南》（Guide for Transformer Diagnostics）为美国电气和电子工程师学会（IEEE）标准，其中包括电力变压器振动噪声测试方法及其分析要点的详细说明。 4. ISO 16063-11:1999《机械振动与冲击——传感器校准方法第11部分: 支撑激励的共振法》（Mechanical vibration and shock —Calibration of vibration sensors —Part 11: Primary vibration calibration by laser interferometry）为国际标准化组织（ISO）标准，其中包含机械振动传感器校准的相关规定，适用于各种类型的机械振动传感器。 5. ASTM E1316-21《标准术语与术语关系聚合》（Standard Terminology for Nondestructive Examinations）为美国材料与试验协会（ASTM）标准，其中
语音震颤检查方法 语音震颤是一种语音障碍，表现为声带在发音过程中产生不规则的振动或颤动，导致说话时的声音不稳定。常见的语音震颤包括发音时的颤音、摇晃声或声颤等。 为了确诊语音震颤，医生通常会采用一系列的检查方法。以下是一些常用的方法： 1. 临床观察：医生会仔细观察患者在说话过程中声音的变化。他们会观察声带的动态情况，注意有无颤动、异样的声音等。 2. 声音记录：医生会使用专业的设备记录下患者的声音，以便后期分析和评估。这些设备包括声音分析仪、电子喉镜等。 3. 音频分析：通过对记录下来的声音进行分析，医生可以评估声音的频率、振幅等参数，并确定是否存在异常。常用的分析软件包括Praat、MDVP等。 4. 疾病史询问：医生会询问患者的疾病史，包括是否有类似症状的家族遗传史、药物使用史等。这些信息有助于确定是否为原发性语音震颤。 5. 喉镜检查：医生会使用喉镜观察患者的喉部情况。喉镜是一种具有光源的细长仪器，可以通过口腔或鼻腔插入喉部，以便检查声带的状态。喉镜检查可以检测声带的变化，例如肿瘤、息肉等。
6. 电生理学检查：这些检查常用于排除其他可能的病因，并进一步评估声带的功能。例如，声带肌电图（EMG）可以测量声带肌肉的活动；声带电图（Laryngograph）可以评估声带振动的周期性和一致性。 7. 真声分析：通过让患者按照特定的音调和节奏发声，医生可以评估声带的振动情况。这种分析可以帮助确定语音震颤的类型，例如基频型、非基频型等。 8. 影像学检查：在一些特殊情况下，医生可能会建议进行喉部X光、CT或MRI 等影像学检查，以便评估喉部结构的异常。 总结起来，语音震颤的检查方法主要包括临床观察、声音记录、音频分析、疾病史询问、喉镜检查、电生理学检查、真声分析和影像学检查等。这些方法的组合使用可以帮助医生明确诊断语音震颤，并确定适合的治疗方案。
声振检测法近年来，随着复合材料和复合结构的应用不断加强，对检测的要求也不断提高，一些常规的无损检测方法往往难以满足要求，如纤维增强复合材料的疲劳裂纹和冲击损伤，就是不容易检测的缺陷。此外，复合材料中的残余应力常将裂缝的两侧压在一起，形成所谓的“无间隙裂缝”，这种裂缝不能承受除了压力载荷外的其他载荷，但 是低幅度的超声检测技术也都几乎无能为力，而采用声振检测方法检测上述缺陷时，却往往能取得比较满意的结果。声振检测是激励被检件产生机械振动，通过测量被测件振动的特征来判断其质量的一种无损检测方法。 一、检测原理及方法 我们知道一个物体的振动状态不同，表现为发出的声音不同，在物理上是由于他们振动的幅度、振动的频率、Ａ振动持续的时间以及单一振动和复合振动等的不同。这些在物理量与振动物体的材料和结构等的性能是相关的。作为一个振动系统，在单一频率情况下，机械振 动的基本方程为 uZ?F?式中，F——机械振动的驱动力 u——质点的振动速度 Z——等效力阻抗 i的表达式为Z R??jwM?jX?R?Z jwC式中，N——等效质量，C——等效柔顺性，R——等效损耗阻，Z的数值与胶接状态密切相关。通过测量Z，
或在F一定时测量u，就可以相对地堆胶接质量进行检测。 所谓声阻检测法就是用电声能器激发样品振动，而反应样品振动特性的力阻抗反作用于换能器，构成换能器负载。当负载有变化时，换能器的某些特性也随着变化。换能器不同特性的测量有振幅法、频率法和相位法。 （一）频率检测法 当对构件施加一冲击力时，它将在其所有的振动形态下振 荡，不同形态的相对强度视冲击性质和位置而定，因此，构件响应是系统所有形态自然频率和阻尼的函数。采用高速A/D（数-模）转换或数字瞬态捕捉设备，可以将系统响应的瞬态信号以数字形式存储于计算机内存中。存储的数据可以在检测后进行处理，获得每一种模态的对数减幅率。也可以采用快速傅里叶变换方法，将幅值-时间数据变换成幅值-频率数据。利用上述技术，可将构件受冲击所产生的响应时间记录变成响应的频谱。这样一来，在时间域很难分辨的被检构件的自然频率，在频谱中很容易从其最大值中加以辨认。 纤维增强塑料中的损伤，不论是单一裂缝还是分布在零件整个体积上的裂缝，都会使零件的刚度降低，这种刚度的改变必然引起零件自然频率的降低。由高速傅里叶变换得到的典型频谱图6—5，对其进行分析可以了解被检工件的质量。 （二）局部激振法 局部激振法是对被测结构的一点或多点施加激励，使其发生振动，并对所有预测的各点测量其结构的局部性能。
基于声波共振的液位测量实验系统设计与测试 徐晓滨;李果;方丹枫 【摘要】The structure and measurement principle of the liquid level measurement system based on the low frequency acoustic resonance are introduced,and a set of such system based on this principle is designed.The system is composed of the hardware data acquisition device and the software information processing module. The transmission and reception of the acoustic signal are realized by the hardware data acquisition device,and the received acoustic signal is processed by the software information processing module in real time.The experimental system covers the occurrence of the sweep frequency signal,acquisition of the acoustic signal, collection of temperature data,extraction of the resonance frequency,and calculation and display of liquid level information,which helps students to have a deeper understanding of the principle of diffraction and resonance, master the basic process of the hardware design and development,and improve their ability of software and hardware design.%设计了基于低频声波共振的液位测量系统.该系统由硬件数据采集装置与软件信息处理模块组成,硬件数据采集装置实现声波信号的发送和接收,软件信息处理模块实时地处理接收到的声波信号.该实验系统涵盖了扫频信号的发生、声波信号的采集、温度数据的采集、共振频率的提取、液位信息的计算及显示,有助于学生对声波的衍射和共振的原理有更加深入的了解,掌握硬件设计以及开发的基本流程,提高学生的软、硬件设计的能力.
相关资料来自：中国检测网 https://www.doczj.com/doc/ac19221103.html, 摘要：依据激励方式的不同，分别从敲击检测和声阻检测方法两个方面对声振检测方法进行了介绍。敲击检测方法主要分整体振动检测法（或车轮敲击法）和局部振动检测法（或硬币敲击法），声阻检测法主要分机械阻抗法和局部共振检测法。声振检测方法尽管很早以前就已经出现了，但至今主要还停留在经验性的应用层面。对各种声振检测方法的基本原理及其发展作简要论述，希望起到抛砖引玉的作用，吸引业界关注该方法发展和应用的同仁共同来推进它的技术进步。 关键词：声振检测；敲击检测；机械振动检测；声阻法；谐振法 声振检测方法是一种通过激励被检试件，使其产生机械振动（声波），并从机械振动的测定结果中判定被检测对象质量的方法。它的特点是简便、快速、低廉。敲击检测方法就是其中最简单常用的一种。依靠构件振动特性实施无损检测技术，按照测量方法大致可分为四类：利用整体模态检测原理实施单点激励，单点测量结构的整体响应；利用局部阻抗检测原理，对欲检测部分逐点激励，测量激励点的局部响应；利用振动模态检测原理，多点激振并在所选的几点上测量整体响应；利用振动引起的缺陷部位表面位移或热效应原理，单点激振并在结构上方对其局部响应作多次或多处测量。以下主要从激励方式角度出发，将声振检测方法分为敲击振动检测以及声阻抗检测，并着重对各种声振检测方法的基本原理进行介绍。 １敲击检测 敲击检测是最古老的声振检测方法之一。依据被检测对象的振动方式不同，又可以分为整体振动和局部振动；依据信号采集方法的不同，又可以分为声音检测以及应力检测。 １．１整体敲击检测法 整体敲击检测法又被称为车轮敲击检测法（Ｗｈｅｅｌｔａｐｔｅｓｔ）［３－５］，是最普遍、易于实施、成本最为低廉的无损检测方法之一。古代的人们就已经学会用这种方法来判断陶器、瓷器等物品中是否存在裂纹等。其主要原理是：当物件中存在较大缺陷（如裂纹、夹杂和空隙等）时，人耳所听到的由敲击产生的声音会比较沉闷，否则声音清脆。以铁路工人用小锤检测车轮的完整性为例，操作者首先用小锤敲击车轮中的一点或多点，然后从听到的声音中判定车轮中是否存在缺陷；当然，现代的铁路敲击检测中，还要求探伤工人结合敲击的手感并配合目视检测，对结果进行判断。这里，敲击的过程就是在被检测对象中激励产生机械振动的过程；而声音以及敲击手感的获取则是检测过程中的信息采集；检测人员凭借自己的经验对获得的信息进行分析判断，得到的最终结论就属于检测过程中的特征提取及结果判断。这种以人工敲击被检测件产生振动，并用人耳所听到的声音作为判断被检测对象中是否存在缺陷的方法的优劣性非常明
声波传感器的工作原理 声波传感器是一种通过声波的传播和接收来检测距离、方向和速度等物理量的传感器。它利用声波在空气、水或固体介质中的传播特性来感测目标物体，广泛应用于自动驾驶、智能家居、工业自动化等领域。声波传感器的工作原理包括声源发射、声波传播和接收三个主要过程。 首先，声波传感器的工作原理可以简化为三个步骤。首先，声源产生声波信号，并以一定的频率和幅度发射出去。其次，声波信号在传播介质中以一定的速度传播，并与目标物体相互作用。最后，接收器接收传播回来的声波信号，并将其转化成电信号进行处理。 声源发射的过程中，一般通过压电材料或电磁驱动器产生机械振动，进而产生声波信号。常见的压电材料有石英晶体和陶瓷材料等，它们的特性是在施加电场后会发生形变或振动，从而产生声波。电磁驱动器则是利用电磁感应原理，通过激励电磁场产生振动。 声波传播的过程中，声波信号会按照一定的速度在介质中传播。声波的传播速度与介质的密度、弹性模量以及温度等因素有关。例如在空气中，声波的传播速度约为344米/秒，而在水中则 约为1484米/秒。当声波遇到目标物体时，会发生反射、折射、散射等现象，从而改变声波的传播路径和特性。 接收器接收声波信号的过程中，常用的传感元件有压电传感器、麦克风和超声波接收器等。压电传感器是将接收到的声波信号
通过压电效应转换成电信号。麦克风是利用麦克风膜片受声波振动的作用产生电荷变化，从而将声波信号转化为电信号。超声波接收器则是利用超声波传感器的原理，通过探头接收超声波信号并将其转换为电信号。这些电信号可以是模拟信号，也可以是数字信号，用于后续的信号处理和分析。 声波传感器在实际应用中具有广泛的应用。例如，在自动驾驶中，声波传感器可以用于实现环境感知和障碍物检测，帮助车辆避免碰撞；在智能家居中，声波传感器可以用于语音识别和声控操作，实现人机交互；在工业自动化中，声波传感器可以用于检测物体距离和位置，实现自动化控制。 总的来说，声波传感器的工作原理是通过声波的发射、传播和接收来感知目标物体。它利用压电材料、电磁驱动器等产生声波信号，通过介质的传播传输信号，然后利用压电传感器、麦克风等接收器将声波信号转换为电信号。声波传感器凭借其灵敏、精确和实时的特性，在各个领域有广泛的应用前景。声波传感器不仅可以用来感知物体的距离和位置，还可以应用到其他领域，如测量流体的速度和压力，检测物体的形状和材料等。通过对声波传感器的工作原理的深入理解，可以更好地应用于实际生活和工作中。 声波传感器的工作原理与声波的特性密切相关。声波是一种机械波，需要介质来传播。常见的介质有空气、水和固体等。声波在传播过程中会发生阻尼和衰减，其传播距离和能量损失与介质的特性有关。当声波遇到目标物体时，会产生反射、散射和折射等现象，从而改变声波的传播路径和特性。
机器设备噪声测试的新方法一一振动法测噪声 一、引言 对机器设备噪声测量最通常的方法是用声级计进行声压级测量,然而在不少场合,这 种人们十分熟悉的方法却显得无能为了力. 例如：在正在运行的多台机器的机房里, 需要测定各台机器的噪声时；或者要在生产成品的流水线上逐台检测每台产品的噪声时, 都会由于其他声源的影响以及反射声的传入使得声级计无法显示被测产品直接辐射的噪声.随着科技的开展,人们自然想到了声强法. 但是目前声强法的测试仪器较贵, 而且测试又较复杂, 仍处 于钻研阶段.于是,人们对声波的测试开展了振动法的钻研. 盼望通过测量机器外表振动量 的方法来确定机器所辐射的噪声量, 通常称为了空气噪声的振动测试法. 多年理论分析和应用 钻研的结果说明,这是一种十分简便而有效的方法. 在十分恶劣的环境条件下, 几乎可以不受环境噪声和反射声的影响,用一种格外计权的测振仪就可通过测定机器外表的振动量, 来确定其噪声辐射值.目前这种方法已成功地用于生产实际. 采用测振法在生产现场测试产品的噪声是在其他方法都无法简便、迅速、经济和准确的解决产品现场噪声检测的情况下而指出的. 西德、美国等国家开展此项技术钻研已有多年 了,德国BBC公司花费了十几马克钻研振动法,并成功地将此项技术用于接触器的现场噪声检测上.美国经过多年的钻研,已在海军MIL标准中规定用振动法测定微电机的噪声. 国际ISO标准化组织已公布了测振法标准技术文件. 我国是在七十年代末期开始探讨测振法的.经过十多年的实验钻研,明确了要得到振 动法的实际应用,必须解决如下6个方面得到技术问题,即： (1) 必须获得各机电产品的实际辐射效率指数曲线； (2) 必须解决按声源尺寸改变的辐射效率指数曲线制成仪器的计权网络曲线； (3) 必须解决仪器的校准及分贝量的基准值； (4) 必须确定各机器外表振动的关键测点； (5) 必须解决空气动力噪声叠加及修正问题； (6) 对于“流水线〞上的检测还必须解决简化测点的问题. 通过对电机、电器、电冰箱的实验钻研,解决了上述问题,并研制成了相应仪器. VIB-4电脑振动噪声测量仪,就是属于此种仪器. 二、根本原理 声音是机械振动的结果,当物体出现声频范围内的机械振动时, 就会使周围介质也发生