振动信号的幅值和相位计算方法分析.pdf

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1、·30·计量、测试与校准2010年第30卷第4期振动信号的幅值和相位计算方法分析11112商一奇，曹亦庆，柴艳丽，张宁宁，娄丽芬(1.中航工业北京长城计量测试技术研究所，北京100095;2.中航工业北京曙光电机厂，北京100028)摘要:给出了基于Kaiser窗FFT频谱法、正弦逼近法和全相位时移相位差法计算振动信号幅值和相位的计算方法，并使用三种方法分别对单一的正弦信号以及混有噪声和其它频率的正弦信号进行了测试。通过测试数据对三种方法的信号处理效果进行了分析比较，阐述了不同计算方法的优缺点。比较结果显示具有抑制频谱泄漏和“相位不变性”的全相位谱分析结合高精度相位差法而得的

2、全相位时移相位差法精度更高，应用范围更广。关键词:振动信号;FFT频谱法;正弦逼近法;全相位时移相位差法中图分类号:TH825文献标识码:A文章编号:1674－5795(2010)04－0030－03AnalysisofAmplitudeandPhaseCalculationMethodsofVibrationSignal11112SHANGYiqi，CAOYiqing，CHAIYanli，ZHANGNingning，LOULifen(1.ChangchengInstituteofMetrology＆Measurement，Beijing100095，China;2.Beij

3、ingShuguangElectricalMachineryFactoryofAviationIndustry，Beijing100028，China)Abstract:ThispapershowsthecalculationmethodsoftheamplitudeandphaseofvibrationsignalbasedonKaiserwindow，sine-approxi-mationandall-phasetime-shiftphasedifference.Boththesinglesinesignalandthecomplexsinesignalmixedwith

4、noiseandsignalsonotherfre-quencyaremeasuredusingthethreemethods.Bycomparingthedataresults，thispapergivesthecharacteristicofeachmethod，andtheall-phasetime-shiftphasedifferencemethodisshowntobemoreefficient.Keywords:vibrationsignal;FFT;sine-approximation;all-phasetime-shiftphasedifference0引言出

5、了基于矩形窗、Hanning窗、Hamming窗、Blackman激光干涉仪测量得到的多普勒信号经过解调后得窗、Blackman-Harris窗的信号加窗插值FFT分析算法，到支承处的振动信号，这是一个包含许多机械和电干在一定程度上抑制了频谱泄漏，提高了信号参数估计扰信号的复杂振动信号。提取与转速同频的振动信号的准确度。［1］的幅值和相位，比较常见的是FFT频谱法和正弦逼近本文采用可自定义调整的Kaiser窗来求解。Kai-法，另外全相位时移相位差法也能够较好地完成噪声ser窗可自定义调整窗函数形状，比普通窗函数准确度背景下多频正弦信号的频率、幅值和相位估计。本文更高。Kai

6、ser窗函数表达式如式(1)。给出了三种求解振动信号幅值和相位的计算方法，并2nI0(β1－())进行了实例分析比较。槡N/2ω(n)=，0≤

7、n

8、≤N/2(1)1振动信号的幅值和相位计算常见的三种方法I0(β)1.1FFT频谱法式中:I0(β)是第1类变形贝塞尔函数;β是窗函数的快速傅里叶变换(FFT)是目前谐波测量仪器中形状参数。β值越大，Kaiser窗函数频谱的旁瓣峰值越小，渐近衰减速率越大。当β=0时，Kaiser窗退化为广泛应用的基本理论依据。传统FFT频谱分析方法，矩形窗函数;当β=11时，Kaiser窗旁瓣渐进衰减速率在对离散信号进行频谱分析时，由于离散信号是进

9、行为18dB/oct，旁瓣峰值电平达到了－82.3dB;继续增了时域截断的，会产生能量泄漏、频谱幅值变小、测加值，旁瓣峰值电平将继续下降，渐进衰减速率继续量精度降低等问题。为减小这类误差，国内外学者提增加。通过调整β参数，选择旁瓣峰值电平小且旁瓣收稿日期:2010－04－28渐近衰减速率大的窗函数。对信号进行处理可以有效作者简介:商一奇(1982－)，男，助理工程师，从事冲击、振降低信号时域截断时相邻频谱旁瓣间的相互干扰造成动、转速的检定及校准技术研究工作。的长范围泄漏。计测技术计量、测试与校准·31·