什么是PSD？

什么是PSD？
在振动分析中，PSD 代表信号的功率谱密度，是Power Spectral Density的缩写简称。

功率是指PSD 的大小是正在分析的信号的均方根值。

它不指物理功率大小，如瓦或马力。

但由于功率与某些量的均方根（如电流平方值或电路中的电压）成正比，因此任何数量的均方根值都被称为该量的功率。

谱是指PSD 是频率的函数。

PSD 表示信号在频率谱上的分布，就像彩虹在光谱上波长（或颜色）的分布一样。

密度是指PSD 的经过归一化处理的单一频率带宽。

例如，以G为单位测量加速度的信号时，PSD 的单位为G 2/Hz。

由于PSD 名称不包含物理量名称，因此有时被测量的物理量名称所取代。

例如，加速度信号的PSD 有时称为加速度谱密度。

为什么是功率？
均方根（功率）是衡量信号强度的量。

图2.1说明了这一点，该图显示了汽车在地面行驶的振动时间历程，以加速度计测量。

图2.1。

均方根值等于0.0053 G2 且RMS 值等于0.073 G 的汽车振动。

信号的平均振幅不能由平均值指定，因为该幅度接近零。

相反，信号是平方的（导致正数），然后计算平均值。

为了获得线性值（在此情况下为G），取下平方根以获取RMS（根均值）值。

在组合不同频率的信号时，必须使用均方根。

图 2.2 说明了这一点，其中将两个不同频率的正弦波添加到一起。

单位正弦波的均方根值为0.5，RMS 值为0.707。

当两者叠加时，均方根值为 1.0，RMS 值为 1.0。

图2.2。

A+B 的平均平方值等于 A 和 B 的平均平方值的总和，A 和 B 的平均值为零。

从数学上讲，这是基于两个独立变量（A 和B）的一般结果。

总和的平方由（A+B）2 = A2 + 2AB + B2给出。

如果两个变量是独立的，平均值为零，则
2AB 的平均值为零，如图 2.3 所示。

图2.3。

2AB 的平均值。

应当指出，在某些情况下，PSD 以其计算值的平方根表示，因此加速度PSD 可能有单位，G/（Hz）1/2。

必须小心确认用于PSD的单位。

为什么是谱？
信号的频率分布是处理有共振的系统时非常有用的信息。

图2.4说明了这一点，其中悬臂梁由激励信号（频率分布广泛）驱动，加速度计正在测量尖端振动。

很难从信号的时间历史中确定梁共振频率值。

但是，尖端振动频率谱中的峰值清楚地显示了共振频率。

图2.4。

梁振动信号的时间历史和频率谱。

为什么是密度？
信号的频率分布大小取决于分布中的频段数。

图2.5说明了这一点，其中汽车振动信号的频谱用三个不同的频率带宽计算。

谱的平方量级与频率带宽成正比。

为了克服这种依赖关系，PSD 将平方除以频率带宽，以提供独立于所用带宽的一致值。

图2.5。

频率频谱对频率带宽的依赖性。

应当指出，有些情况下，带宽依赖频谱和PSD混淆。

必须小心确定带宽是否已用于使量级正常化，这是PSD 计算的一部分。