2020-04-25
信号采样与采集定义浅析
信号采样与采集定义浅析
振动分析是进行旋转设备故障诊断的重要手段，理解信号采样及采集定义是进行振动分析的基础。
今天我们就来向刚接触振动分析的小伙伴们介绍一下信号采集及采集定义的相关知识。
采样是指把时间域或空间域的连续量转化成离散量的过程。
振动数据的采样就是将现实世界的物理振动转化为离散的采样点的过程。
它包含两个步骤：
一是由传感器将物理振动转化为电压信号等可以连续变化的模拟量。
以压电式传感器为例，该类型传感器利用压电陶瓷在受到力的作用时会产生正负电荷极化即压电效应原理，将每时每刻受到的外力按照对应的比例输出为连续变化的电压信号。
二是由采集器将模拟量通过等间隔采样转化为电子仪器及电脑可以处理的离散数字量。
采集器以一定的时间间隔定期循环读取并记录传感器输出的电压信号，最终得到一连串离散的数字量，辅以时间坐标即可得到“以假乱真”的波形数据。
---核心定理：采样定理
采样间隔Ts的选择必须考虑到所需要反映出的最高频率分量，因此，需满足如下采样定理：fs≥2fm，实际应用一般取fs=2.56fm。
若不满足采样定理，将会产生频率混叠现象，如下图所示，红色采样点的时间间隔过长，描绘出的波形将不能真实反应相应振动波形的频率、幅值等信息。
---采样频率Fs
数据采集器按照一定的时间间隔对模拟信号进行采样，间隔时间的倒数就是采样频率。
---最大分析频率Fm
所需要分析的最高频率分量。选择最大分析频率时必须将相应设备可能产生的最大相关频率包含在内，一般取200、500、1000、2000、5000，甚至高至10000、20000等。
---采样点数N
采样长度，一般用1024的整数倍表示，可以由采样频率和采样时间共同确定。
---频率分辨率△f
是指频谱图上相邻两根谱线之间的频率间隔。△f越小，频谱分辨率越高。常见有1Hz、0.5Hz、0.25Hz等。
---谱线数lines 线数
组成频域分析的频率成分的点的个数。如400、800、1600、3200线。
采样参数之间的转化关系如下图所示：
T = 采样时间，与采样频率Fs成反比，与采样点数N成正比；
Ts = 每个采样点之间的间隔，是采样频率Fs的倒数；
N = 采样点数
Fs = 采样频率
Fmax = 最大分析频率
△f = 频谱分辨率，△f与采样时间T成反比，所以想要获取更高分辨率就要采集更长时间。
lines = 谱线数
以俄罗斯专享会官网登录数据采集系统采集的振动信号为例，如下时域波形：
采样长度、最大分析频率可在数采系统中进行设定，针对不同设备、不同场合设置不同的采集定义参数。
此处采集定义为16k加速度波形（2-20000），其意义如下：
---采样点数N为16k：N = 16k = 16*1024 = 16384
因而该条波形共有16384个数据点。
---采集振动类型为加速度，同理也可以采集速度和位移信号。
---采集数据类型为波形，表明保存原始波形，可由软件转换为频谱，此处若设置为频谱或包络谱，则由数采器直接生成频谱或包络谱等数据。
---最大分析频率为20000Hz，即Fmax=20000Hz
那么采样频率为Fs = Fmax*2.56 = 20000Hz*2.56= 51200Hz
---同时其他参数可由公式导出：
采样时间：T = N/Fs = 16384/51200 = 0.32 s =320ms
采集间隔：Ts = T /N = 320/16384 = 0.0195ms
谱线数：lines = T*Fmax = 0.32*20000 =6400线
分辨率：△f = Fmax/lines = 20000/6400 =3.125Hz
数据采样与采集定义的相关知识就介绍到这里，希望对刚接触振动分析的小伙伴们有所帮助，谢谢阅读！
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