试验中若干参数说明：采样频率、分析谱线等概念

评评理

本文主要讲述根据随机试验条件如何理解和设置分析谱线（L）、频率分辨率（Δf）、采样频率（fs）等参数的概念以及一些设定的注意事项，见下图红框处。

这些参数涉及到随机波形信号的采取和处理，里面涉及到很多复杂的信号处理方法，有兴趣的可以更深入地去钻研一下。我们知道，对于随机试验一开始是通过振动控制仪给一个白噪音（平直PSD谱），然后是一帧一帧进行波形采集的，每帧波形含有各个频率成分，通过加窗、防泄漏、快速傅里叶变换得到试验PSD，也就是利用谱分析技术得到试验中的PSD。将此PSD和试验要求的PSD进行比较，均衡，修正，再逆傅里叶变换产生波形和相位，使振动台按照试验PSD对应的波形振动，即反馈控制使试验中的PSD和试验要求的PSD一致，达到试验要求，如图2。

分析谱线（L）、频率分辨率（Δf）、采样频率（fs）等参数就是为了帮助随机振动控制仪能更好地读取每帧波形。如图3，一帧波形的采样，需要将模拟连续量x（t）转变成离散量xi，通过A/D转换器实施，然后通过傅里叶变化等操作得到PSD响应谱。

采样频率fs：实施采样的频率，是采样时间间隔（Δt）的倒数。

FFT帧大小N：一帧数据数N，也就是离散点数，一般取2n。

帧时间T：N点数据在实际时域中需要的时间。

频率分辨率（Δf）：通过上述条件，即采样频率fs采取的N个时域数据使用FFT分析，频域内得到是DC到fs的N个在频率轴上等间隔排列的谱数据。

最大解析频率（fmax）和分析谱线数（L）：由Nyquist采样定理可知，

可以得到

还有

由此可见，采样频率和1次FFT获取数据个数，或者最大解析频率和谱线数知道的话，就可以算出其他参数。通过上面的描述是不是感觉数据采样很复杂，实际情况更复杂，还要考虑数据泄漏等，进行加窗采样，平均化处理等操作，当然这些都是振动控制仪内部自行完成，我们只要在设定这些参数时注意以下几点即可。

1、频率分辨率的选择需要配合被控制系统的传递特性来进行选择。

2、分辨率大，不能正确的检测共振特性，不能很好的进行随机试验控制等。

3、谱线数超过必要的数，即取得太高，试验控制时间长，不能追踪到突变的数据。一般取800或1600即可。

4、频率分辨率取Δf=1～5Hz，一般建议2-3Hz。本人做试验时一般取1.25Hz。

5、频率范围一般取试验条件中的最大频率。

6、频率分辨率的取值，需要满足试验条件中各频率的倍数要求，都需要覆盖到各频率。比如下面的试验条件，如果分辨率取3Hz的话，显然不合适，因为100Hz、500Hz、2000Hz处都无法覆盖到，它们都不是3的倍数，试验无效。建议分辨率设置为2Hz或1.25Hz,从而都覆盖到上面试验条件中的各个频率点。

综上所述，分辨率、谱线数等参数都是涉及到波形采样数据处理方面的，对于行业初入者，没必要深究，适当了解，并能按照上述注意事项设置这些参数即可。

参考资料：
1 《振动、冲击环境与试验》P130-133，袁宏杰、姚军等编著，北京航空航天大学出版社。
2 《振动与冲击试验技术》P214-218，胡志强 编著，中国质检出版社、中国标准出版社。
3 《力学环境试验技术》P145、P161-166，本书编著委员会编著，西北工业大学出版社