2022年测试技术课程方案设计书模板.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 机械工程测试技术课程设计动态测试信号采集仿真与实例分析姓名： 学 院：机电工程学院专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： 2022 级本科 4 班学 号： 202215* 完 成 日 期： 2022 年 12 月 38 日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录1 绪论 2 信号仿真、采集与分析处理 2.1 题目 2.2 Matlab 处理分析 2.3 争论 2.4 结论 3 基于运算机的声信号采集与分析 3.1 题目 3.2 Matlab 处理分析 3.3 争论

2、 3.4 结论 4 机械运行数据分析与处理 4.1 题目 4.2 第一份数据分析 4.2.1 Matlab 处理 4.2.2 结论 4.3 其次份数据分析 4.3.1Matlab 处理 4.3.2 结论 5 总结 参考文献名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 动态测试信号采集仿真与实例分析摘要： 测试技术的工程设计 动态测试信号采集仿真与实例分析,环绕课程讲授的动态信号的采集、分析与处理的基本原理与方法进行,同时运用 Matlab等工具,进行数学处理,做出信号的频谱,并能够分析信号的频谱；工程设计包括三个部分：信号仿真

3、、采集与分析处理,基于运算机的声信号采集与分析,机械运行数据分析与处理；通过工程设计,能娴熟运用傅里叶变换处理和分析信号,对信号的频谱能够有一个更深的明白；关键词： matlab；信号采样；频谱分析； fft名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.1 信号仿真、采集与分析处理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成效会产生直接影响,为了把握信号采集过程中这些参数对采集过程及其成效产生的影响,可以通过 程进行仿真分析,详细要求如下：Matlab 或 C

4、语言对信号采集与分析处理的过利用 Matlab 或 C 语言产生信号xt,2t2a 3sin2f3t3n tx ta 1sin 2f1t1a2sin 2f其中： f1=50Hz、 f2=200Hz 、f3=1000Hz ；nt 为白噪声,均值为零,方差为 0,7；幅值、相位任意设定；对信号 xt进行 DFFT 处理下 : 取1a =4,a =,5,3a =6,1=2=3=0；噪声方差0.7 Fs=3000HZ:N=1024 程序：Fs=3000； %采样频率 L=1024 ； %信号长度 NFFT= 1024 ； %采样点数 T=1/Fs ；t=1:L*T ；名师归纳总结 - - - - -

5、- -第 4 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - n=rand1,L-0.5*sqrt12*0.7； %均值为零,方差为0.7 的白噪声x=4*sin2*pi*50*t+5*sin2*pi*200*t+6*sin2*pi*1000*t+n； %信号subplot2,1,1 ；plotFs*t1:1000,x1:1000； %信号的时域图X=fftx,NFFT/L； %对信号快速傅里叶变换f=Fs/2*linspace0,1,NFFT/2+1；subplot2,1,2 ；plotf,2*absX1:NFFT/2+1； %信号的单边谱Fs=4000HZ:N=1024

6、名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - Fs=5000HZ ；N=1024 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - FS=5000HZ:N=2048 a =4,a =,5,a =6,1=2=3=0；噪声方差1 Fs=5000；N=1024 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 争论：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,争论在采样点数一定的情形下,

7、如 1024 点,采样频率对信号时域复现、频域分析的影响；见图 1 和图 2,采样点数均为 1024,采样频率分别为 5000Hz 和 2500Hz, 2500Hz 时,各个谱线的值已经达不到信号各个谐波重量的幅值,即已经小于 3,4,5 了,只有 3,4,4；而5000 Hz 时,各个谱线的值特别接近 泄露小,频率辨论率越高；3,4,5,频率较高时,频谱显示的比较精确,谱线能量2）采样频率、采样长度（采样点数）与频率辨论率的关系；见图 2 和图 3,采样频率均为2500Hz ,采样点数分别为1024 和 2048,前者各个谱线的值已经达不到信号各个谐波重量的幅值,只有3,4,4；而后者各个谱

8、线的值特别接近3,4,5,可见频率肯定时,采样点数越多,谱线能量泄露小,频率辨论率越高；3）通过设置不同幅值的信号与噪声,争论噪声对信号时域分析和频域分析的影响；噪声的幅值越大,频域分析时,信号的谱线越不明显,当噪声信号的幅值比信号的幅值仍要大的多时,噪声会埋没信号,频域分析时,根本无法得到信号的谱线,（可以参照 图 1,图 4,图 5）；而且,噪声的幅值越大,时域越是纷乱,越难分析,看不出周期性；结论 1. 采样频率越高,采样点数越多,频率的辨论率越高,采样频率至少应当大于等于信号最 高频率的 2 倍；2. 噪声的幅值越大,频域分析时,信号的谱线越不明显,时域越是纷乱；采集信号时,必 须掌握

9、噪声的大小；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.2 基于运算机的声信号采集与分析现代运算机具有对声音、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“ 机械工程测试与掌握技术” 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,然后利用 1.1 的软件进行频谱分析,画出时域、频域图形；程序：fs=44100； %语音信号采样频率为 22050 x1=wavready.wav ；%读取语音信号的数据,赋

10、给变量 x1,soundx1,44100； %播放语音信号figure1 plotx1 ；y1=fftx1,1024 ； %对信号做 1024 点 FFT 变换f=fs*0:511/1024 ； %将 0 到 511,步长为 1 的序列的值与fs 相乘并除以1024 的值,赋值给f figure2 plotf,absy11:512 ； %abs 是肯定值, plot 是直角坐标下线性刻度曲线title 原始语音信号频谱 xlabelHz ；ylabel幅值 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 利用 matlab 对声

11、音分析得到 : 第一个人：名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其次个人：名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第三个人：名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 争论：1）该设置至少为多少的采样频率？采样长度多长为合适？采样频率可以设置为8000Hz ,22050Hz,44100Hz ,人耳能听到的声音频率为20Hz 到20000Hz,所以设置采样频率为44.1KH

12、z 足够,这也是正常音频的采样频率；人讲话的频率大约在 5003000Hz ,所以设置采样频率为 8000Hz 足够；由图 6,图 7,图 8 可知,采样长度应为音频信号长度的二分之一,太长,会是谱线的峰值降低（图8）,太短,显示的谱线过少（图6）,二分之一左右正好（图7）,谱线比较明显,特点谱线显示的比较完整；2）不同人员讲话声音的时域、频域有什么区分？依据你的分析,该怎样区分不同人员的讲话声音？依据图10,图12,图13,不同的人讲话,时域波形的强度不同,但详细的不同之处无法分析；在频域图表现出来的是特点谱线的不同,说话声音低沉的,整体的特点谱线偏低,如图 12,说话音调较高的,整体的特点

13、谱线偏高,如图 13,；辨别不同人的讲话,关键是对其声音进行频谱分析,找到对应的特点谱线,就能辨认了；3）要使他人不易识别你的讲话声音,该怎么处理？转变自己的特点谱线就可以了,即所谓的用假声；结论1. 每个人的声带都有自己的固定特点谱线,见图 10 和图 11,读两个不同的音频,也存在有公共的特点谱线,如读“ 东南高校 ” 和“ 机械工程 ” 时,声带同时具有 90.17Hz, 226.1Hz,461.6Hz, 925.9Hz 这些频率；2. 音频的采样频率可以设置为8000Hz ,22050Hz,44100Hz,最高的采样频率为44.1KHz足够,采样长度最好为音频信号长度的二分之一；3.

14、不同的人讲话,在频域图表现出来的是特点谱线的不同,说话声音低沉的,整体的特点谱线偏低；说话音调较高的,整体的特点谱线偏高；辨别不同人的讲话,关键是对其声音进行频谱分析,找到对应的特点谱线,就能辨认了；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.3 机械运行数据分析与处理 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运算,得到其时域和频 域特点,分析机器振动缘由：不平稳、不对中故障特点及其诊断方法；数据一：数据说明 转速： 2234rpm；采样长度： 1024；传感器：电涡流位移传感器 采样点数： 1024；转

15、动频率 37.23Hz；就采样频率为其频率的 64 倍,取 2383Hz 原程序为：x=textreadD:Matlab1.txt； %读取 txt 数据 Fs=2383； % 采样频率 L=1024 ； %数据长度 NFFT=1024 ； %采样点数 T=1/Fs ；t=1:L*T ；subplot2,1,1 ；plotFs*t,x ； %绘制时域图 X=fftx,NFFT/L； %进行快速傅里叶变换 f=Fs/2*linspace0,1,NFFT/2+1；subplot2,1,2 ；plotf,2*absX1:NFFT/2+1； %绘制单边谱对应谱图：名师归纳总结 - - - - - -

16、-第 14 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 数据二：数据说明：转速： 2169rpm；采样长度： 1024；传感器：电涡流位移传感器采样点数： 1024；转动频率 36.16Hz；就采样频率为其频率的 64 倍,取 2314Hz 源程序改为：x=textreadD:Matlab2.txt对应谱图：,Fs=2314；, L=1024 ,NFFT=1024 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 利用软件对其进行频谱运算,得到其时域和频域特点,分析机器振动缘由：不平稳、不对中故障特点及其诊

17、断方法；结论分析：依据所给数据说明转子转动频率f=2234/60=37.23Hz ,依据两图中相同频率分布的低频大致 40HZ 处幅值较高,与理论相符,但其次幅图中在高频处也有几处高辐显现,依据机理说明此处有不平稳等引起的震惊故障；总结这次的工程设计包括三个部分：信号仿真、采集与分析处理,基于运算机的声信号采集与分析,机械运行数据分析与处理；通过这次工程设计,使我对信号的频谱能够有一个更深的明白,对频域分析也有了一个系统的熟悉；明白了如何运用Matlab 等工具进行信号采集,并对信号进行快速傅里叶变换,得到信号的频谱,分析信号的频谱,最终能够得到 相应的结论；也明白了信号的频谱分析在日常生活的简洁应用,比如检测机器故障,分析 音频信号等；这次的工程设计将课程讲授的学问与实践结合起来；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 参考文献：名师归纳总结 1. 贾民平,张洪亭. 测试技术 . 北京：高等训练出版社,2022.5. 2005 第 17 页,共 17 页2. 董长虹主编 .MATLAB信号处理与应用. 北京：国防工业出版社,- - - - - - -