wildeer 发表于 2015-1-2 16:29

振动状态采集方案意见征询

有个小设备在2个状态时会有振动(不会同时出现,而是有先后顺序过度),在人的听觉频率范围内,现在想根据振动判断设备所处的状态,但只能通过与设备相连的玻璃进行间接测量,我的想法是通过振动分析锁定每个状态的频率范围(设备在不同负载下频率会有偏移,但不是很大,所以需要判断一个频带而不是频点,这2个状态的频带不会重叠),采样后做FFT变换,分别取这两个频带做卷积(计算频带内的总功率),比较其趋势,比如A频带的卷积结果开始增大,则认为设备进入A状态,稳定一段时间后A频带的卷积结果开始减小,此时B频带卷积结果开始增大,则认为设备已转入B状态。控制系统需要针对A、B状态做出反应。
振动分析在大学时学过,但从来没有用过,有些拿不准,请各位老师指导一下:
1、这个方案是否可行?
2、想买个振动分析仪,对各种不同负载的振动频率进行统计分析,确定两个状态的频段范围,不知道哪个性价比高,因只需要用这一次,所以不需要专业级的,请大家推荐一款(或者振动数据采集器,采集后在电脑里分析)。
3、短期想采用集成方案,想买现成的拾振器+数据分析模块,不知哪里有卖?
4、因为预测量比较大,所以未来需要将上述功能做成一个小部件,放在设备里面,这个部件只需要输出设备振动状态给单片机即可(状态A、B和非振动状态),希望做成一体的,包括探头、A/D采集转换、傅里叶变换、卷积和趋势分析等,我想用压电式拾振头+DSP,大家有什么好的方案?

谢谢!



westrongmc 发表于 2015-1-4 10:02

1. 看上去可行,最好试验验证。另外,求频带内功率似不需要做卷积吧?把落在频带内的谱线对应的功率谱相加即可。
2. 一般的振动测试分析仪均具有这个功能。如仅需一次,租赁设备或者委托试验似乎更节省。
3. 如想买设备,可以联系我们 — 北京科尚仪器,链接:www.chinaksi.com
4. 功能部件,如对实时速度要求不高,    用压电加速度计(推荐IEPE型)+信号调理电路+集成ADC的单片机(如精度要求高,可用24位sigma-delta ADC+单片机)即可完成。

wildeer 发表于 2015-1-4 13:35

谢谢!我也想过用功率谱计算,但有个问题我不太清晰:用功率谱的离散点相加,其结果与频率分辨率(或者说采样点数)是否有关系?比如分辨率高,谱线多,值可能会增加,但不知道带内总和是否不变或者相差不大,所以我想用卷积方式计算,这样跟频率分辨率应该无关。———这个概念我还得深入理解一下。

如果买淘宝上那种位移/速度/加速度测振仪,将数据导出来,不知是否可行?跟振动分析仪的结果是否差异大

关于做成专用部件,我另外一个想法是:能否做成限带的带通拾振头,即通过物理方式过滤掉其他无关频段信号,但要求带内信号响应敏感,输出一个时域的振幅信号,这样我就不需要转换到频域了,没有信号处理这些复杂的工作,这属于传感器领域的东西,不知是否可行?

westrongmc 发表于 2015-1-4 16:25

wildeer 发表于 2015-1-4 13:35
谢谢!我也想过用功率谱计算,但有个问题我不太清晰:用功率谱的离散点相加,其结果与频率分辨率(或者说采 ...

1)进行FFT计算,会有泄漏的影响。不同点数,泄漏程度不一样,带内的结果会有差异,但不会太大(Parsevall能量守恒)。
2)淘宝上的那种,通常只能测量加速度峰值,速度总有效值,位移峰峰值吧?能导出时域采集数据吗?
另外,这种仪器的精度可能稍逊。
3)如果通过分析不同频带内的能量,可以判断状态。那么做成专门部件,应该可行,例如按下面的方式:
加速度计+信号调理(+带通滤波器)+真有效值电路(例如AD637)。

wildeer 发表于 2015-1-5 12:06

1)那我可不可以这么理解:假设要测量的频段高频截止频率为F,低频截止频率为f,则可选采样频率为2F,频率分辨率为 F-f,采样点数 = 2F / (F-f),此时,FFT变换后的频带只有2点,只需将功率谱的这两点幅值相加即可得到带内总功率,倒是非常简便,只是这样采集和计算出来的结果误差会有多大?
2)淘宝上我的确问了很多家,都没有导出时域采集数据的,但我感觉这种数采器非常实用,为什么没有人做呢,我再找找看,有知道的帮我推荐一下。
3)您推荐的这个方式应该可行,就是有点不明白:ICP型压电加速度传感器一般都是0~5V输出,应该可以直接接AD,为何还要进行信号调理?我看有人这样用的。另外,采用真有效值电路时,带通滤波是必须的吧,否则干扰信号也会影响呀。
关于这个问题,能否如此:将加速度计设计成所需带内的共振器(机械式),对所需频带内信号强化输出,带外滤波,后面再加真有效值电路。这是我的设想,不知能否实现

westrongmc 发表于 2015-1-5 13:53

本帖最后由 westrongmc 于 2015-1-5 13:54 编辑

wildeer 发表于 2015-1-5 12:06
1)那我可不可以这么理解:假设要测量的频段高频截止频率为F,低频截止频率为f,则可选采样频率为2F,频率 ...
1)按照你的这个做法,频率分辨率太大了,算不准。请看一下数字信号处理的书。
2)淘宝上那种测振仪,做点检设备用,粗略检查,宏观上了解设备的状态。要精密分析,还需要专业的动态信号分析仪。
3)ICP型的电压输出是+/-5V范围,不是0~5V。另外,信号调理的功能有:对传感器进行激励(针对ICP传感器,要进行恒流源激励,通常是4mA@24Vdc)、放大或衰减、滤波(针对ICP传感器,高通-去直流,低通-避免混叠等)、阻抗变换等等。
4)根据你的分析,要根据不同频段内的能量判断,因此要加带通滤波。
5)至于能否将加速度计设计成共振式的,要看具体设备的工作状态,似无必要,徒增麻烦。

wildeer 发表于 2015-1-6 16:19

1)这样做肯定误差很大,一般都是采样频率 = 2.56*截止频率,问题是我并不需要关心频率分辨率,只关心带内总功率,此时该怎样选取采样点数呢?我看一般振动分析选400线(512点)以上,我觉得我这个应用根本不需要这么多点,选32,64,,128还是256点,点多了运算就复杂,芯片要求就高,成本也上去了
2)动态信号分析仪在做开发分析时是需要的,
3)仔细研究了一下ICP型输出,的确是需要信号调理,在淘宝上找到了这种模块,说是可以接ICP探头,买来试试再说
4)如果做到产品中,批量使用这种振动分析探头实在太贵了,至少1000多,不知道有没有更简便的解决方案,毕竟只需要测量固定频段内的信号强度,也不需要特别高的灵敏度

westrongmc 发表于 2015-1-6 17:31

wildeer 发表于 2015-1-6 16:19
1)这样做肯定误差很大,一般都是采样频率 = 2.56*截止频率,问题是我并不需要关心频率分辨率,只关心带内 ...

设备的2种工作状态是什么?对于的频率范围大致是多少?

wildeer 发表于 2015-1-7 18:58

一种在80~180Hz左右,一种在900~1300Hz左右

westrongmc 发表于 2015-1-7 19:46

wildeer 发表于 2015-1-7 18:58
一种在80~180Hz左右,一种在900~1300Hz左右

有种直流电压供电的内装IC的压电加速度计,做成TO-5封装,只要+3~+5Vdc供电就可以正常工作了。这种的成本会低廉些。
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