信号处理论文

燕山大学

课程设计说明书题目：机械测试信号时域和频域特征分析

学院（系）：电气工程学院

年级专业： 07级仪表(2)班

学号： 0701********

学生姓名：蒋振洲

指导教师：谢平林洪彬

教师职称：教授讲师

燕山大学课程设计（论文）任务书

院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系

说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

年月日

燕山大学课程设计评审意见表

摘要

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，或者将信号变成便于识别的形式以便提取它的特征值等。本文介绍了机械信号的时频域的处理方法，利用Matlab 构造的模拟带噪周期信号，并对其进行时频域处理，直观地展现信号滤波、相关性分析、功率谱分析、细化谱分析等方法的特性与优点。

目录

第1章绪论 (1)

第2章机械信号的时域处理及其分析方法…………………………………

2.1时域统计特征参数处理………………………………………………………

2.2 相关分析方法以及应用………………………………………………………

2.3 Matlab编程实验

第3章机械信号的频域处理方法及其分析方法…………………………………

3.1频谱的分析方法………………………………………………………………

3.2功率谱方法以及应用………………………………………………………

3.3倒频谱分析方法………………………………………………………………

3.4细化谱分析方法………………………………………………………………

3.5 Matlab编程实验

第4章学习心得………………………………………………………………………参考文献………………………………………………………………………………程序清单………………………………………………………………………………

第1章绪论

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像。机械设备是工业生产的基础，而机械信号处理与分析技术则是工业发展的一个重要基础技术。

随着各行各业的快速发展和各种各样的应用需求，信号分析和处理技术在信号处理速度、分辨能力、功能范围以及特殊处理等方面将会不断进步，新的处理激素将会不断涌现。当前信号处理的发展主要表现在：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三方面。

信号处理的发展与应用是相辅相成的，工业方面应用的需求是信号处理发展的动力，而信号处理的发展反过来又拓展了它的应用领域。机械信号的分析与处理方法从早期模拟系统向着数字化方向发展。在几乎所有的机械工程领域中，它一直是一个重要的研究课题。

机械信号分析与处理技术正在不断发展，它已有可能帮助从事故障诊断和监测的专业技术人员从机器运行记录中提取和归纳机器运行的基本规律，并且充分利用当前的运行状态和对未来条件的了解与研究，综合分析和处理各种干扰因素可能造成的影响，预测机器在未来运行期间的状态和动态特性，为发展预知维修制度、延长大修期及科学地制定设备的更新和维护计划提供依据，从而更为有效地保证机器的稳定可靠运行，提高大型关键设备的利用率和效率。

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，或者将信号变成便于识别的形式以便提取它的特征值等。机械信号处理的基本流程图如图1.1所示。

图1.1 机械信号处理的基本流程

本文主要就第三、第四步骤展开讨论。

第2章 机械信号的时域处理及其分析方法 2.1 时域统计特征参数处理

通过时域波形可以得到的一些特征参数，它们常用于对机械进行快速评价和简易诊断。

1）有量纲的幅值参数

有量纲的幅值参数包括方根幅值、平均幅值、均方幅值和峰值等。若随机过程x(t)符合平稳、各态历经条件且均值为零，设x 为幅值，p(x)为概率密度函数，有量纲型幅值参数可定义为

x d =l

l

dx x p x 1)(⎥⎦

⎤⎢⎣⎡

⎰∞

+∞

-=

∞

→===l x l x l x l x p rms r ,,2,1,21 式中：x r 为方根均值，x 为均值，rms x 为均方值，p x 为峰值。

由于有量纲型幅值参数来描述机械状态，不但与及其的状态有关，而且与

机器的运动参数（如转速、载荷等）有关，因此直接用它们评价不同工况的机械无法得出统一的结论。 2）无量纲型参数

无量纲型参数具有对机械工况变化不敏感的特点，这就意味这，理论上它们与机械的运动条件无关，它们只依赖于概率密度函数p(x)的形状，所以无量纲型参数是一种较好的评价参数。一般它可定义为

m m l

l x dx x p x dx x p x 1

1

)()(⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎰⎰∞∞-∞

∞-ξ，由此公式，可得到如下的一些指标

a. 波形指标l=2,m=1 K=

x

x rms

b. 峰值指标l →∞,m=2 C=

rms

p x x

c. 脉冲指标l →∞,m=1 I=

x

x p

d. 裕度指标l →∞,m=1/2

L=

r

p x x

e. 峭度指标 K=

4

4

x

σα 式中x σ为信号标准差x σ=

[]{}2

12

)()(⎰

∞

+∞

--dx x p X t x