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動(dòng)態(tài)采集系統在振動(dòng)測量系統中的應用研究
作者：
時(shí)間：2013-01-10
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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零點(diǎn)漂移嚴重影響數據處理結果，它改變數據的統計特征值如均方根值，零點(diǎn)漂移本身又可看作一虛假直流分量，在零頻處產(chǎn)生譜峰。零點(diǎn)漂移信號如果只是零點(diǎn)按常數偏離基線(xiàn)，在試驗數據處理中很容易去除。因為振動(dòng)信號中心電平一般設置歸零，此時(shí)零點(diǎn)漂移信號x＇(t)可以寫(xiě)成真實(shí)信號x(t)加一固定常數a的形式： 
式中：a為零點(diǎn)漂移幅度。
在測量振動(dòng)數據中如果發(fā)現此類(lèi)零點(diǎn)漂移現象，可以先求得的x＇(t)平均值： 
對于實(shí)際測得的振動(dòng)信號數據x(t)的均值為零，所以可以得到： 
求出a以后，從獲得的數據中減去該值就得到了真實(shí)信號，這就是傳統的基線(xiàn)調零方法。需要注意的是，實(shí)際試驗條件下，獲得的振動(dòng)信號在整個(gè)時(shí)程上的振幅可能并不嚴格對稱(chēng)，也就是說(shuō)真實(shí)信號x(t)的均值有可能不嚴格滿(mǎn)足等于零的條件，此時(shí)，需要對基線(xiàn)調零后的數據在時(shí)間歷程曲線(xiàn)上進(jìn)行目測，或者采用后面介紹的分段平均法進(jìn)行處理。
除了零點(diǎn)按常數偏離基線(xiàn)的零點(diǎn)漂移現象外，有時(shí)在信號中還存在一種階躍型零漂現象，階躍型零點(diǎn)漂移與趨勢項非常相似，但是不能按照去除趨勢項的方法將其去除。階躍型零點(diǎn)漂移現象還可以看作常數零漂的分段組合，也就是說(shuō)在一次信號采集中，一路振動(dòng)信號在不同的時(shí)間范圍內產(chǎn)生不同常數值的多次零點(diǎn)漂移，產(chǎn)生這種現象的原因可能是傳感器在數據采集過(guò)程中由于承受外界載荷或環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化導致了傳感器參數的變化。如果從數學(xué)角度上講，相當于一個(gè)非周期的方波信號在真實(shí)信號上的疊加。 
作為疊加在信號中的非周期方波信號，不容易提取，主要是由非周期方波變化的不確定性造成的。對于不規則零點(diǎn)漂移現象，不僅僅影響信號時(shí)域處理中的統計參數，在頻域中除增加零頻分量影響低頻處理結果，由于不連續的階躍變化，還將在信號頻譜分析中產(chǎn)生虛假的高頻分量，此時(shí)僅僅依靠頻域濾波去除虛假頻率成分也是非常困難的。因此在挑選振動(dòng)傳感器時(shí)必須關(guān)注信號中的零點(diǎn)漂移現象，并選擇零點(diǎn)漂移小的效果不明顯的傳感器作為試驗用傳感器。
通過(guò)以上分析可知，傳感器的敲擊檢查應是傳感器優(yōu)化選擇的一種重要手段，通過(guò)該方法不僅可以選出性能優(yōu)良的傳感器，還可以檢測振動(dòng)傳感器的零漂大小，另一方面可以看出傳感器可靠性能下降時(shí)，其表現出來(lái)的圖形不盡相同，其不同的可靠性能指標可以通過(guò)記錄下來(lái)的敲擊波形來(lái)考察。
3.2 傳感器通道檢測方法
目前振動(dòng)傳感器通道檢查采用方法為：安裝完傳感器后對各測振塊進(jìn)行敲擊以確定各傳感器通道是否異常。此方法簡(jiǎn)便有效，但在實(shí)際操作過(guò)程中，由于某些重要參數測振塊上多達五個(gè)測點(diǎn)，分別為軸向，徑向和切向常規和低頻，當敲擊測振塊時(shí)，五個(gè)測點(diǎn)波形均會(huì )產(chǎn)生振蕩波，但軸向，徑向，切向各傳感器卻不易分辨，可導致軸徑切向五個(gè)傳感器安裝錯誤但無(wú)法有效檢測，嚴重影響試驗測量結果的有效性。由于LMS采集系統對多通道可進(jìn)行并行采集，且每通道最高采樣頻率不低于102.4kHz的連續長(cháng)時(shí)間存盤(pán)能力，為此我們提出傳感器通道檢查改進(jìn)方法：在安裝過(guò)程中分別將各參數按通道表排列順序，并啟動(dòng)采集設備，依排列順序對各傳感器進(jìn)行安裝并記錄安裝順序，安裝完成后進(jìn)行敲擊檢查，確保各傳感器輸出波形無(wú)誤。安裝完成后，對采集系統各參數波形進(jìn)行觀(guān)察。由于安裝傳感器螺帽過(guò)程中，該傳感器對應參數的波形會(huì )有較大波動(dòng)，根據此前安裝排列順序，對各傳感器對應參數的波動(dòng)時(shí)間段進(jìn)行記錄，若波動(dòng)時(shí)間也按安裝順序依次增大，則可確定各裝傳感器通道正確。通過(guò)此方法可對傳感器各通道對應關(guān)系進(jìn)行確定，有效保證了試驗結果的有效性。圖4所示為在安裝振動(dòng)傳感器過(guò)程中傳感器軸向參數a1、徑向參數a2、切向參數a3安裝波形圖，其中安裝順序為a1→a2→a3，從其波形中可看出a1=693.51s，Ta2=733.22s，Ta3=758.41s，則可驗證其安裝順序正確，并確定軸、徑、切向參數。
圖4 傳感器安裝波形圖
3.3 測量通道優(yōu)化選擇方法
3.3.1 測量電纜數學(xué)模型
為了研究電纜內部各組成參數對電纜性能的影響，建立了如圖5所示的電纜數學(xué)模型。假設電纜的組成材質(zhì)為均勻分布，L、C、R、G分別為單位長(cháng)度的單相電感、電容、電線(xiàn)電阻、電線(xiàn)對地漏電阻（絕緣電阻）。
圖5 電纜數學(xué)模型
圖中R代表了電纜材料的歐姆損耗，電纜上各電阻R上的壓降是串聯(lián)連接的。L是磁感應電動(dòng)勢阻止電流變化而產(chǎn)生的自感。C是模擬導線(xiàn)與屏蔽層之間的電容效應。
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