1、動態(tài)測試信號采集仿真與實例分析姓名： 蘇冠明學號：02010220指導老師：賈民平東南大學機械工程學院2013年6月12日動態(tài)測試信號采集仿真與實例分析摘要：本次研究是利用實際的動態(tài)測量數(shù)據(jù)結(jié)合信號的處理分析，運用數(shù)學軟件得出信號的頻譜，了解信號分析的實際應用方法。過程主要分為三個過程，信號仿真、采集與分析處理 ，基于計算機的聲信號采集與分析，機械運行數(shù)據(jù)分析與處理。第一個過程是對已經(jīng)連接好的軸系統(tǒng)進行信號采集，運用計算機記錄數(shù)據(jù)，得出時域以及頻域信號的圖像；第二個過程是采集三個不同人所說的同一句話，進行ASCII碼轉(zhuǎn)換并加入噪聲干擾進行分析；第三個過程，利用實驗臺在不對中不平衡的情況下數(shù)據(jù)采

2、集，頻域分析，并與一過程進行比較。主要得出的結(jié)果是：得出系統(tǒng)的固有頻率，分析出頻譜圖形不穩(wěn)時對應的解決方法以及故障分析。創(chuàng)新應用有：在原有的測試技術(shù)信號處理中的傅里葉變換，計算方法的一些知識。核心在于matlab的運用，運用matlab，進行編程并以圖的方式進行表達時域和頻域下的信號圖形。關(guān)鍵詞：信號 時域分析 頻域分析 Matlab1 設(shè)計題一：信號仿真、采集與分析處理1.1題目：信號采集過程中一般需要考慮以下幾個參數(shù)：信號頻率、采樣頻率、采樣長度等，不同參數(shù)的數(shù)值設(shè)定對于信號采集的效果會產(chǎn)生直接影響， 為了掌握信號采集過程中這些參數(shù)對采集過程及其效果產(chǎn)生的影響，可以通過 Matlab 或

3、C 語言對信號采集與分析處理的過程進行仿真分析，具體要求如下： 利用 Matlab或 C 語言產(chǎn)生信號， 其中：f1=50Hz、 f2=200Hz、f3=1000Hz； n(t) 為白噪聲，均值為零，方差為 0.7； 幅值、相位任意設(shè)定； 對上述等式進行 DFFT 處理。 討論： 1）通過設(shè)置不同的采樣頻率，畫出時域波形和傅里葉變換后的頻譜圖，討論在采樣點數(shù)一定的情況下，如 1024 點，采樣頻率對信號時域復現(xiàn)、頻域分析的影響； 2）采樣頻率、采樣長度（采樣點數(shù)）與頻率分辨率的關(guān)系； 3）通過設(shè)置不同幅值的信號與噪聲，討論噪聲對信號時域分析和頻域分析的影響；1.2分析：令 其中f1=40Hz、

4、 f2=400Hz、f3=2000Hz； n(t) 為白噪聲，均值為零，方差為 0.7；最后再確定各參數(shù)，得到如下:x(t)=1*sin(2*pi*50*t+30)+3*sin(2*pi*200*t+45)+5*sin(2*pi*1000*t+60)+white_noise首先研究這個信號的時域狀態(tài)：在Matlab中輸入：plot(x);number=1024;y=fft(x,number)/number;n=0:length(y)-1;f=fs*n/length(y);figure(2)plot(f,abs(y);可以得到采樣頻率為2000Hz如下的時域響應以及接下來用拉普拉斯變換后我們可以

5、看到此信號的頻域響應：圖（1）采樣頻率分別取4000Hz，,6000Hz采樣點數(shù)分別取1024點和512點得圖像如下：圖（2）圖（3）圖（2）圖（3）是在4000Hz采樣頻率下取1024點和512點的時域頻域圖形圖（4）圖（5）圖（4）圖（5）為采樣頻率為6000Hz下，取1024點和512點的圖形1.3 討論(1) 在采樣點數(shù)一定的情況下，如 1024 點，采樣頻率對信號時域復現(xiàn)、頻域分析的影響從圖（2），圖（4）可以看出，采樣點數(shù)一定時（1024點），6000HZ的頻譜比4000HZ的峰值頻率帶更加窄，可以更清晰的看出峰值頻率，并且兩個峰值頻率的混疊情況比低頻率的少。但是時域信號比較復雜，

6、采樣頻率變化后肉眼很難進行區(qū)分，故此處難以分析，略去。(2) 采樣頻率、采樣長度（采樣點數(shù)）與頻率分辨率的關(guān)系采樣頻率越高，頻率分辨率越高。采樣越短，采樣點數(shù)越多，頻率分辨率越高。(3) 噪聲對信號時域分析和頻域分析的影響將噪聲方差改為1后，提取頻域信號如下：圖（6）512采樣點 2000Hz圖（7）1024采樣點 2000HZ比較分析上面幾圖：圖（7）對比圖（1），圖（7）頻域中還是能看清主要的頻率，但其他干擾信號的頻率復制明顯增大了。2、設(shè)計題二：基于計算機的聲信號采集與分析2.1 題目現(xiàn)代計算機具有對聲音、視頻進行采樣的功能，把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。通過計算機上的麥克風及聲卡與 AD，

7、錄制各人在不同環(huán)境噪聲、不同發(fā)聲狀態(tài)下講話“機械工程測試與控制技術(shù)” 語句 （不少于 3 次， 最好是他人的聲音） ， 利用軟件轉(zhuǎn)換語音數(shù)據(jù)文件為 ASCII碼，然后進行頻譜分析，畫出時域、頻域圖形。討論： 1）該設(shè)置至少為多少的采樣頻率？采樣長度多長為合適？ 2）不同人員講話聲音的時域、頻域有什么區(qū)別？根據(jù)你的分析，該怎樣區(qū)分不同人員的講話聲音？ 3） 要使他人不易識別你的講話聲音，該怎么處理？ 2.2 分析在Matlab中輸入：clear;fs=5000;x,fs=mp3read(D:My DocumentsDesktopa.mp3);lengthx=length(x); t=(0:len

8、gthx-1)/fs;subplot(211);plot(t,x);title(a聲音時域波形);xlabel(時間/s);ylabel(幅值);num=lengthx;y=fft(x,num);n=0:length(y)-1;f=fs*n/lengthx;subplot(212);plot(f,abs(y);axis(0 2000 1.1*min(abs(y) 1.1*max(abs(y)title(a聲音頻譜);xlabel(頻率（Hz）);ylabel(幅值)錄制三人講話“倒塌萬歲” 語句，進行頻譜分析，得出時域頻域圖形如下（聲音來自于不同的三個人，圖形中蘇冠明為本人默認姓名，并非一人聲

9、音）：a同學錄音b同學錄音 c同學錄音2.3討論(1) 該設(shè)置至少為多少的采樣頻率？采樣長度多長為合適？ 在錄音軟件中，其設(shè)定的采樣頻率為44100Hz，則在matlab中的采樣頻率不可以低于44100Hz，否則會產(chǎn)生失真。所以采樣長度至少要與錄音的頻率相等才可以防止失真。(2) 不同人員講話聲音的時域、頻域有什么區(qū)別？根據(jù)你的分析，該怎樣區(qū)分不同人員的講話聲音？ 如上圖abc同學錄音的時域頻域所示，每個人講話的聲都在一定的頻域范圍內(nèi)，但是由于三個人都為男生，所以其說話頻率的范圍是有點接近的，不過依然可以區(qū)分三人三人的聲音頻率，a同學的錄音由于外界噪音的干擾，所以波形有所不同。但聲音頻率分別可

10、以由圖形明顯區(qū)分出是三個人的。(3) 要使他人不易識別你的講話聲音，該怎么處理？要使發(fā)聲者發(fā)出的聲音不易被人識別，主要方法是使聲音發(fā)生失真處理，失真的越嚴重就越發(fā)不易被人識別，但是又不能無限制的失真，例如，在matlab中將sound(x1,44100); %播放語音信號 采樣頻率為44100Hz，則在播放時，可設(shè)置為30000Hz，從而產(chǎn)生失真，所產(chǎn)生的失真使得別人很難輕易識別發(fā)聲者發(fā)出的聲音。3、 設(shè)計題三：機械運行數(shù)據(jù)分析與處理3.1題目兩文件中數(shù)據(jù)為某轉(zhuǎn)子試驗臺運行時的振動位移數(shù)據(jù)，利用軟件對其進行頻譜計算，得到其時域和頻域特征，分析機器振動原因：不平衡、不對中故障特征及其診斷方法。

11、3.2分析平衡：不平衡：不對中：3.3討論從時域波形來看，在平衡時，振動有明顯的周期性，且雜亂的噪聲較少，幾乎看不出噪聲。不平衡時，震動雖具有一定的周期性，但是里面肯定混有很多噪聲，使得時域波形出現(xiàn)畸形，顯得很復雜。在不對中時，其波形波形完全畸形。從頻域圖上看，平衡時的振動有明顯的衰減性，不平衡時的，屬于整體式衰減的，但是中間有出現(xiàn)“異峰”。衰減特性沒有第一組明顯。至于在不對中時，波形沒有衰減，而出現(xiàn)了顫振。不對中，明顯是在傳動過程中因為安裝問題，倒置在傳動軸的軸向沒有達到對中傳動，尤其是在140Hz處有很大的幅值，需要檢查固有頻率在140Hz附近的零件是否存在問題，這類零件可能是引起大幅振動的原因，因予以消除。結(jié)論本次大作業(yè)的論文內(nèi)容以機械工程測試與控制級數(shù)為基礎(chǔ)，主要研究了信號的采集，模擬，處理與分析。結(jié)合Matlab軟件，解決了實際中的聲音信號的波形已經(jīng)試驗臺震動波形的測試。在試驗中應用了書本上學到的知識，在鞏固的同時更得到了很多課本以外的知識。在完成整個實驗后，對信號的仿真、采集、處理加深了印象，更對生活中類似問題的解決有了很大幫助。致謝本次大作業(yè)文本格式，論文構(gòu)架，要感謝賈民平老師。讓我在格式上懂得如何正確的論文總結(jié)方法。論文格式是十分重要的，正確的格式在我們學習工作中都是有十分重要的意義。另外，賈老師也向我們提供了一些示例