测试技术期末大作业(共17页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上动态测试信号采集仿真与实例分析姓名： 苏冠明学号：指导老师：贾民平东南大学机械工程学院2013年6月12日动态测试信号采集仿真与实例分析摘要：本次研究是利用实际的动态测量数据结合信号的处理分析，运用数学软件得出信号的频谱，了解信号分析的实际应用方法。过程主要分为三个过程，信号仿真、采集与分析处理 ，基于计算机的声信号采集与分析，机械运行数据分析与处理。第一个过程是对已经连接好的轴系统进行信号采集，运用计算机记录数据，得出时域以及频域信号的图像；第二个过程是采集三个不同人所说的同一句话，进行ASCII码转换并加入噪声干扰进行分析；第三个过程，利用实验台在不对中不平衡的情

2、况下数据采集，频域分析，并与一过程进行比较。主要得出的结果是：得出系统的固有频率，分析出频谱图形不稳时对应的解决方法以及故障分析。创新应用有：在原有的测试技术信号处理中的傅里叶变换，计算方法的一些知识。核心在于matlab的运用，运用matlab，进行编程并以图的方式进行表达时域和频域下的信号图形。关键词：信号 时域分析 频域分析 Matlab1 设计题一：信号仿真、采集与分析处理1.1题目：信号采集过程中一般需要考虑以下几个参数：信号频率、采样频率、采样长度等，不同参数的数值设定对于信号采集的效果会产生直接影响， 为了掌握信号采集过程中这些参数对采集过程及其效果产生的影响，可以通过 Matl

3、ab 或 C 语言对信号采集与分析处理的过程进行仿真分析，具体要求如下： 利用 Matlab或 C 语言产生信号， 其中：f1=50Hz、 f2=200Hz、f3=1000Hz； n(t) 为白噪声，均值为零，方差为 0.7； 幅值、相位任意设定； 对上述等式进行 DFFT 处理。 讨论： 1）通过设置不同的采样频率，画出时域波形和傅里叶变换后的频谱图，讨论在采样点数一定的情况下，如 1024 点，采样频率对信号时域复现、频域分析的影响； 2）采样频率、采样长度（采样点数）与频率分辨率的关系； 3）通过设置不同幅值的信号与噪声，讨论噪声对信号时域分析和频域分析的影响；1.2分析：令 其中f1=

4、40Hz、 f2=400Hz、f3=2000Hz； n(t) 为白噪声，均值为零，方差为 0.7；最后再确定各参数，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首先研究这个信号的时域状态：在Matlab中输入：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);可以得到采样频率为2000Hz如下的时域响应以及接下来用拉普拉斯变换

5、后我们可以看到此信号的频域响应：图（1）采样频率分别取4000Hz，,6000Hz采样点数分别取1024点和512点得图像如下：图（2）图（3）图（2）图（3）是在4000Hz采样频率下取1024点和512点的时域频域图形图（4）图（5）图（4）图（5）为采样频率为6000Hz下，取1024点和512点的图形1.3 讨论(1) 在采样点数一定的情况下，如 1024 点，采样频率对信号时域复现、频域分析的影响从图（2），图（4）可以看出，采样点数一定时（1024点），6000HZ的频谱比4000HZ的峰值频率带更加窄，可以更清晰的看出峰值频率，并且两个峰值频率的混叠情况比低频率的少。但是时域信号

6、比较复杂，采样频率变化后肉眼很难进行区分，故此处难以分析，略去。(2) 采样频率、采样长度（采样点数）与频率分辨率的关系采样频率越高，频率分辨率越高。采样越短，采样点数越多，频率分辨率越高。(3) 噪声对信号时域分析和频域分析的影响将噪声方差改为1后，提取频域信号如下：图（6）512采样点 2000Hz图（7）1024采样点 2000HZ比较分析上面几图：图（7）对比图（1），图（7）频域中还是能看清主要的频率，但其他干扰信号的频率复制明显增大了。2、设计题二：基于计算机的声信号采集与分析2.1 题目现代计算机具有对声音、视频进行采样的功能，把模拟信号转换为数字信号。通过计算机上的麦克风及声卡

7、与 AD，录制各人在不同环境噪声、不同发声状态下讲话“机械工程测试与控制技术” 语句 （不少于 3 次， 最好是他人的声音） ， 利用软件转换语音数据文件为 ASCII码，然后进行频谱分析，画出时域、频域图形。讨论： 1）该设置至少为多少的采样频率？采样长度多长为合适？ 2）不同人员讲话声音的时域、频域有什么区别？根据你的分析，该怎样区分不同人员的讲话声音？ 3） 要使他人不易识别你的讲话声音，该怎么处理？ 2.2 分析在Matlab中输入：clear;fs=5000;x,fs=mp3read(D:My DocumentsDesktopa.mp3);lengthx=length(x); t=(

8、0:lengthx-1)/fs;subplot(211);plot(t,x);title(a声音时域波形);xlabel(时间/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声音频谱);xlabel(频率（Hz）);ylabel(幅值)录制三人讲话“倒塌万岁” 语句，进行频谱分析，得出时域频域图形如下（声音来自于不同的三个人，图形中苏冠明为本人默认姓名，

9、并非一人声音）：a同学录音b同学录音 c同学录音2.3讨论(1) 该设置至少为多少的采样频率？采样长度多长为合适？ 在录音软件中，其设定的采样频率为44100Hz，则在matlab中的采样频率不可以低于44100Hz，否则会产生失真。所以采样长度至少要与录音的频率相等才可以防止失真。(2) 不同人员讲话声音的时域、频域有什么区别？根据你的分析，该怎样区分不同人员的讲话声音？ 如上图abc同学录音的时域频域所示，每个人讲话的声都在一定的频域范围内，但是由于三个人都为男生，所以其说话频率的范围是有点接近的，不过依然可以区分三人三人的声音频率，a同学的录音由于外界噪音的干扰，所以波形有所不同。但声音

10、频率分别可以由图形明显区分出是三个人的。(3) 要使他人不易识别你的讲话声音，该怎么处理？要使发声者发出的声音不易被人识别，主要方法是使声音发生失真处理，失真的越严重就越发不易被人识别，但是又不能无限制的失真，例如，在matlab中将sound(x1,44100); %播放语音信号 采样频率为44100Hz，则在播放时，可设置为30000Hz，从而产生失真，所产生的失真使得别人很难轻易识别发声者发出的声音。3、 设计题三：机械运行数据分析与处理3.1题目两文件中数据为某转子试验台运行时的振动位移数据，利用软件对其进行频谱计算，得到其时域和频域特征，分析机器振动原因：不平衡、不对中故障特征及其诊

11、断方法。 3.2分析平衡：不平衡：不对中：3.3讨论从时域波形来看，在平衡时，振动有明显的周期性，且杂乱的噪声较少，几乎看不出噪声。不平衡时，震动虽具有一定的周期性，但是里面肯定混有很多噪声，使得时域波形出现畸形，显得很复杂。在不对中时，其波形波形完全畸形。从频域图上看，平衡时的振动有明显的衰减性，不平衡时的，属于整体式衰减的，但是中间有出现“异峰”。衰减特性没有第一组明显。至于在不对中时，波形没有衰减，而出现了颤振。不对中，明显是在传动过程中因为安装问题，倒置在传动轴的轴向没有达到对中传动，尤其是在140Hz处有很大的幅值，需要检查固有频率在140Hz附近的零件是否存在问题，这类零件可能是引

12、起大幅振动的原因，因予以消除。结论本次大作业的论文内容以机械工程测试与控制级数为基础，主要研究了信号的采集，模拟，处理与分析。结合Matlab软件，解决了实际中的声音信号的波形已经试验台震动波形的测试。在试验中应用了书本上学到的知识，在巩固的同时更得到了很多课本以外的知识。在完成整个实验后，对信号的仿真、采集、处理加深了印象，更对生活中类似问题的解决有了很大帮助。致谢本次大作业文本格式，论文构架，要感谢贾民平老师。让我在格式上懂得如何正确的论文总结方法。论文格式是十分重要的，正确的格式在我们学习工作中都是有十分重要的意义。另外，贾老师也向我们提供了一些示例帮助我完成此次大作业。此外，也要感谢同学对我的帮助，让我更熟练地应用matlab软件，帮助我解答一些遇到的困难和问题，解除一些我的疑惑。参考文献1 测试技术.。贾民平等编著. 北京：高等教育出版社. 2001.122 测试技术。董长虹主编。北京：国防工业出版社，2005.84-893 MATLAB在数字信号处理中的应用。薛年喜。北京：清华大学出版社，2003.117-130专心-专注-专业