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1、包装工程PACKAGINGENGINEERINGVol.25No.32004振动分析的有效工具功率谱密度李蓓蓓(上海大学,上海200072)[摘要]功率谱密度是评价流通环境过程中随机振动的有效工具。阐述了功率谱密度的基本理论、如何获得功率谱密度;介绍了功率谱密度的具体应用。从而使流通环境中的振动分析更精确,更可靠。关键词:功率谱密度;傅立叶变换;均方根中图分类号:TB487文献标识码:B文章编号:1001-3563(2004)03-0046-02TheEffectiveToolofVibrationAnalysisPow
2、erSpectralDensityLIBei-bei(ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China)Abstract:Powerspectraldensityisaneffectivetooltoevaluaterandomvibrationincirculationenviron-ment.Thebasictheoryofpowerspectraldensitywasintroduced.Thegettingofpowerspectraldensityandtheapplicationwerediscuss
3、ed.Keywords:Powerspectraldensity;Fouriertheory;Root-mean-square产品从生产厂家到用户手中,总是要经过一系列流通,随或改进振动激扰以减小振动的破坏。着物流条件的改善,冲击现象的发生可大大减小,但是振动却伴随着整个流通过程,如发动机的转动,路面的起伏等,这种振2功率谱密度的获得动是无法避免的,它往往会引起疲劳破损、零件松动等破坏形式,在实际流通环境中,随机振动是最常见的振动类型,如果要随机振动是在时域上发生的,所以怎样才能得到频域控制进行模拟实验并对产品进行防振设计,就必须研究随
4、机振动,的功率谱密度呢?关键是了解傅立叶理论。傅立叶理论认为而功率谱密度是描述产品随机振动的很好的方法。功率谱密任何复杂的波形都可以分解成不同正弦波,而不同的正弦波也度分析的理论基础来源于工程分析,包括声学和机械振动,现能叠加成复杂波形。举例说明,如图1表示的是一个随机波在把它应用于包装工程上,在此讨论振动及振动分析方法。形。实际上,它是由3个正弦波成分叠加而成的,每个成分有不同的频率,每个成分有不同的相(时间关系),每个成分的幅1功率谱密度的含义值随机改变,但它们都是正弦波,当他们叠加时合成图1的波形。图2表示了这一变化。正弦成分的幅值分
5、别用a、b、c表功率谱密度实际上就是将原来对时间域的振动描述转化示,结果用d表示。为频率域的振动描述。因为随机信号的本质特点是包含大量现在用一系列的滤波器来完成转化。首先将随机振动信样本集合,其特点是不能从单个样本的分析中得到,而必须从号通过一组具有不同频率的滤波器分别过滤,分解成多个单独总体上来研究其统计规律。在随机信号频率域分析中,可以用的正弦波,每一频率对应一种正弦波。输出结果如图3,它显信号样本的均方值来代替样本本身进行频谱分析。根据帕示了一系列单一频率有着不同的随机幅值的正弦波。这里只塞瓦尔定理,即信号在时间域的总功率等于在频率
6、域的总功有3个滤波器,但典型的应该有几百个滤波器。当然这里所指率,可以得到随机过程的功率谱密度,它反映了随机过程统计的滤波器并不是实际的硬件滤波器,而是由计算机提供的数学参量均方值在频率域上的分布。换言之,即在各个频率域上,算法器。每一个配置一个不同的正弦波输出。当正弦波成分振动能量的概率分布。这样就可以从功率谱密度中读出具有生成后,下一步就是时间的平均幅值。实际上得出的是rms,不同固有频率的振动激扰所含振动能量的平均密度,从而避免即平均强度。由此,从每个滤波器输出,可得到2个值:频率收稿日期:2003-12-09作者简介:李蓓蓓(19
7、69-),女,硕士,上海大学讲师,主要研究方向为运输缓冲包装及包装管理。46李蓓蓓振动分析的有效工具功率谱密度(滤波器频率)和平均强度(rms)。也就实现了时域到频域当每个信号进入频率段后被平方,然后与前面的信号平均,得的转换。当然这里需要快速傅立叶变换,而计算机能很容易实到的即为这个频率段的平均值,再除以频率段的宽度,即功率2现这种处理方式。在实际的功率谱密度图中,将所测得的加速谱密度,单位是g/Hz(即功率谱密度图的Y轴单位)。度-时间信号分割成许多小的频率段,每段只含有一条很窄的经傅立叶变换后,还能避免高频区的噪音混杂,及识
8、别频频率段的加速度信息。功率谱密度就是由几百个频率段组成。率。图1由3个正弦波合成的随机振动图2叠加过程图3滤波器输出正弦成
