机械信号分析谷立臣第5章信号分析的工程应用PPT课件
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第五章离散频谱校正技术离散频谱分析的精度在动平衡、机械设备故障诊断等工程应用中具有重要作用,频谱分析结果的精确程度是在工程应用中能否取得成功的关键因素。
研究离散频谱分析的校正方法和误差分析,提高谱分析方法的精度是其主要发展方向之一。
1965年库利-图基在《计算数学》杂志上首次提出快速傅立叶变换以来,随着微机的推广和普及,运算速度的提高,FFT成为数字信号分析的基础,广泛应用于工程技术领域。
FFT和谱分析运算速度迅速发展,已从80年代末期1024点复数FFT最快约需600ms发展致今仅需不到2ms,而且还会随着微机运算速度的飞速提高而进一步加快,已经能够理想地满足大部分工程界的需求。
但由于计算机只能对有限多个样本进行运算,FFT和谱分析也只能在有限区间内进行,这就不可避免地存在由于时域截断产生的能量泄漏,使谱峰值变小,精度降低,即经FFT得到的离散频谱其幅值、相位和频率都可能产生较大的误差。
从理论上分析,加矩形窗时单谐波频率的最大误差可达36.4%,即使加其它窗时,也不能完全消除此影响,如加Hanning窗时,只进行幅值恢复时的最大误差仍高达15.3%,相位误差更大,高达90度。
从70年代中期,有关学者开始致力于频谱校正理论的研究以期解决离散频谱误差较大的问题。
1975年John C.Burges等从事电学领域研究工作的学者采用插值法[2]对加矩形窗的离散化频谱进行了校正,解决了电学中的离散高次谐波参数的精确测量问题;1983年Thomas Grandke 提出了加Hanning窗的内插法[3],进一步提高了离散高次谐波参数的分析精度;1992年,丁康和谢明提出了三点卷积幅值校正法[9],提高了频率间隔较大的信号的离散频谱幅值精度,解决了工程实际中的一些问题;1994年,谢明、丁康和黄迪山等提出和发展了比例频谱校正方法[1,4,5,6],使内插法系统地发展成为一种通用的频谱校正方法,解决了频率间隔较大的离散化频谱幅值、相位和频率的精确求解问题,并开始对离散频谱的校正方法和误差分析进行了深入系统的分析和研究;1995年徐敏强在国内提出了对一段信号分别作N点和N/2点的频谱分析,利用对应谱峰的相位差进行校正的方法[];1996年,余佳兵,史铁林,杨叔子等提出了采用复调制细化谱分析将已产生频谱干涉的密集频率成分分离开,消除干涉,再用比例法进行校正以解决密集频率成分的离散频谱的校正问题[8];1997年,谢明、丁康等分析了离散频谱中的负频率成分和多频谱成分的干涉现象[10],提出了离散频谱中用相位判据和幅值判据综合判定和识别单频率成分的方法,实现了单频率成分和频率间隔较大的多频率成分的自动识别和自动校正;并提出了在不采长样的基础上利用轴系旋转识别和校正两个已发生干涉的密集频率成分的自动判定和校正的方法[11]。