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1、基于数字信号处理器的基波信号提取方法及应用一ISS—N100t)-3762轴承2004年第5期CN41—1148/TttBearing2004,No.541—43基于数字信号处理器的基波信号提取方法及应用高冰,毛良灿(1.洛阳轴承研究所,河南洛阳471039;2.杭州赛诺菲圣德拉堡民生制药有限公司,浙江杭州310011)摘要:介绍一种基于数字信号处理器设汁的基波信号提取方法,重点给出所涉及的信号预处理,A/D采样控●制,信号提取汁算式,汁算精度以及该方法在砂轮自j商系统中的应用.关键词:数字信号处理器;基波;信号提取;砂轮平
2、衡中图分类号:TH133.3;Ftt133.1文献标识码:B文章编号:1000—3762(2004)05—0041—03在振动测量中,被测的动态信号包含了大量的有用信号,需要提取并加以分析,提取基波信号是其中常见的一种.传统提取方法依赖于硬件带通滤波器来抑制无用频率成分.虽然滤波技术获得了极大的发展,数字集成跟踪滤波技术被广泛应用,但硬件滤波的方法,对于远离中心频率的信号有较好的抑制作用,而对于接近中心频率的信号无能为力,滤波输出难免含有无用信号.如果将此信号直接处理必然会带来测量误差.而采用数字信号处理技术,会克服硬件没计
3、上的不足,提高测量精度.在平稳振动测量中,对信号处理的速度要求不高,普通单片机即可满足使用.而在非平稳振动测量中,有时需要实时跟踪,并根据基波信号的大小立即做出判断处理,因而要求单片机执行指令速度快,指令功能强.数字信号处理器具备了上述特点,是用于振动信号分析的专用芯片.本文介绍基于数字信号处理器设计的基波信号提取方法.收稿Et期:2003—09—30作者简介:高冰.女,洛阳轴研科技股份有限公司仪器开发部高级工程师.l设计万法1.1信号预处理和A/D采样控制信号在输入A/D转换前要进行预处理.预处理的原则应符合采样定理一,即
4、被处理信号中最高频率成分应不高于有用信号频率的2倍.当采用数字信号处理技术提取基波分量时,对预处理要求并不高,只要符合采样定理一即可.通常采用数字跟踪带通滤滤器,如MF10,但有时兼顾电路没计也可采用数字跟踪低通滤波器,如MAX29l.滤波器输出的模拟信号经过A/D转换为离散信号.信号离散的方法常用的有二种,即定点采样和定间隔采样.为了适应信号整周期截取和离散傅里叶变换的计算,采用定点变间隔采样方法更合适.在一个基波信号周期内采样点数是恒定的,不受信号周期变化的影响,而采样点间隔随着基波信号的频率自动改变.对A/D采样需要两
5、种控制信号,一是控制信号采样的起始点,二是控制采样点的间隔周期.采样点数应符合采样定理二,即要能准确地恢复模拟信号,必须以大于其所包含的最高频率的2倍的速率采样.基波信号参考文献:[1]吕,李友荣,等.高线精轧机组远程监测与诊断系统J].冶金设备,2oO3(5).[2]卢文祥,杜润生.机械工程测试?信息?信号分析[M].武汉:华中理工大学出版社,1990.[3]屈梁生,何正嘉机械故障诊断学[M]上海:上海科技出版社,1986.4]王志刚,朱瑞荪,李友荣.Frr一频谱细化技术及其在机械故障诊断中的应用[J].武汉科技大学学报,
6、2000.23(1).[5]DaubeehiesI.TheWaveletTransform,Time—frequencykoealizatia~ndSignalAnalysis[J].IEEETmns.Inform.Theory,1990.(36).[6]MallatS.AtheoryforMdtiresolufionSignalDecomposi—uon:TheWaveletRepresentation[J】…W.EETransonPat—ternAnalysisandMachineIntellegenee,1989,(1
7、1)(编辑:聂龙宣)《轴承))2004.No.5周期T,A/D转换采样间隔和采样点数Ⅳ的关系为:To=7'xXNoA/D采样需要的两种控制信号可由同步锁相电路获得.同步锁相电路的输入端是基波的同步信号,其输出是稳定的,Ⅳl厂0和Ⅳ脉冲信号.信号预处理和A/D采样控制由前置电路,锁相环和数字信号处理器共同构成,前置电路包含了信号放大,数字滤波,电平移动几部分,基波信号提取电路原理如图1所示.测振传感器的输出信号,经放大,滤波及电平移动提供给数字信号处理器中的A/D转换器.来源于测速传感器与旋转轴同频的脉冲信号经整形提供给销相环
8、产生稳定的脉冲信号Ⅳ,Ⅳ,.其中Ⅳ为A/D采样间隔控制脉冲,一个基波信号周期的采样点数是Nl;Ⅳ为数字跟踪带通滤波器的时钟脉冲,滤波器的中fl,32作频率随其改变;fo为信号采样的基准,当检测到此信号后方可启动A/D转换.数字信号处理器主要完成对数字信号的计算,分析处理.测振传感器卜一l信
