測(cè)試技術(shù)期末大作業(yè)

./動(dòng)態(tài)測(cè)試信號(hào)采集仿真與實(shí)例分析：冠明學(xué)號(hào)：02010220指導(dǎo)老師：賈民平東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院20XX6月12日動(dòng)態(tài)測(cè)試信號(hào)采集仿真與實(shí)例分析摘要：本次研究是利用實(shí)際的動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合信號(hào)的處理分析,運(yùn)用數(shù)學(xué)軟件得出信號(hào)的頻譜,了解信號(hào)分析的實(shí)際應(yīng)用方法。過程主要分為三個(gè)過程,信號(hào)仿真、采集與分析處理,基于計(jì)算機(jī)的聲信號(hào)采集與分析,機(jī)械運(yùn)行數(shù)據(jù)分析與處理。第一個(gè)過程是對(duì)已經(jīng)連接好的軸系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)采集,運(yùn)用計(jì)算機(jī)記錄數(shù)據(jù),得出時(shí)域以及頻域信號(hào)的圖像；第二個(gè)過程是采集三個(gè)不同人所說的同一句話,進(jìn)行ASCII碼轉(zhuǎn)換并加入噪聲干擾進(jìn)行分析；第三個(gè)過程,利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)在不對(duì)中不平衡的情況下數(shù)據(jù)采集,頻域分析,并與一過程進(jìn)行比較。主要得出的結(jié)果是：得出系統(tǒng)的固有頻率,分析出頻譜圖形不穩(wěn)時(shí)對(duì)應(yīng)的解決方法以及故障分析。創(chuàng)新應(yīng)用有：在原有的測(cè)試技術(shù)信號(hào)處理中的傅里葉變換,計(jì)算方法的一些知識(shí)。核心在于matlab的運(yùn)用,運(yùn)用matlab,進(jìn)行編程并以圖的方式進(jìn)行表達(dá)時(shí)域和頻域下的信號(hào)圖形。關(guān)鍵詞：信號(hào)時(shí)域分析頻域分析Matlab1設(shè)計(jì)題一：信號(hào)仿真、采集與分析處理1.1 題目：信號(hào)采集過程中一般需要考慮以下幾個(gè)參數(shù)：信號(hào)頻率、采樣頻率、采樣長(zhǎng)度等,不同參數(shù)的數(shù)值設(shè)定對(duì)于信號(hào)采集的效果會(huì)產(chǎn)生直接影響,為了掌握信號(hào)采集過程中這些參數(shù)對(duì)采集過程及其效果產(chǎn)生的影響,可以通過Matlab或C語言對(duì)信號(hào)采集與分析處理的過程進(jìn)行仿真分析,具體要求如下：利用Matlab或C語言產(chǎn)生信號(hào),其中：f1=50Hz、f2=200Hz、f3=1000Hz；n<t>為白噪聲,均值為零,方差為0.7；幅值、相位任意設(shè)定；對(duì)上述等式進(jìn)行DFFT處理。討論：1通過設(shè)置不同的采樣頻率,畫出時(shí)域波形和傅里葉變換后的頻譜圖,討論在采樣點(diǎn)數(shù)一定的情況下,如1024點(diǎn),采樣頻率對(duì)信號(hào)時(shí)域復(fù)現(xiàn)、頻域分析的影響；2采樣頻率、采樣長(zhǎng)度〔采樣點(diǎn)數(shù)與頻率分辨率的關(guān)系；3通過設(shè)置不同幅值的信號(hào)與噪聲,討論噪聲對(duì)信號(hào)時(shí)域分析和頻域分析的影響；1.2分析：令其中f1=40Hz、f2=400Hz、f3=2000Hz；n<t>為白噪聲,均值為零,方差為0.7；最后再確定各參數(shù),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首先研究這個(gè)信號(hào)的時(shí)域狀態(tài)：在Matlab中輸入：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>>;可以得到采樣頻率為2000Hz如下的時(shí)域響應(yīng)以及接下來用拉普拉斯變換后我們可以看到此信號(hào)的頻域響應(yīng)：圖〔1采樣頻率分別取4000Hz,,6000Hz采樣點(diǎn)數(shù)分別取1024點(diǎn)和512點(diǎn)得圖像如下：圖〔2圖〔3圖〔2圖〔3是在4000Hz采樣頻率下取1024點(diǎn)和512點(diǎn)的時(shí)域頻域圖形圖〔4圖〔5圖〔4圖〔5為采樣頻率為6000Hz下,取1024點(diǎn)和512點(diǎn)的圖形1.3討論在采樣點(diǎn)數(shù)一定的情況下,如1024點(diǎn),采樣頻率對(duì)信號(hào)時(shí)域復(fù)現(xiàn)、頻域分析的影響從圖〔2,圖〔4可以看出,采樣點(diǎn)數(shù)一定時(shí)〔1024點(diǎn),6000HZ的頻譜比4000HZ的峰值頻率帶更加窄,可以更清晰的看出峰值頻率,并且兩個(gè)峰值頻率的混疊情況比低頻率的少。但是時(shí)域信號(hào)比較復(fù)雜,采樣頻率變化后肉眼很難進(jìn)行區(qū)分,故此處難以分析,略去。采樣頻率、采樣長(zhǎng)度〔采樣點(diǎn)數(shù)與頻率分辨率的關(guān)系采樣頻率越高,頻率分辨率越高。采樣越短,采樣點(diǎn)數(shù)越多,頻率分辨率越高。噪聲對(duì)信號(hào)時(shí)域分析和頻域分析的影響將噪聲方差改為1后,提取頻域信號(hào)如下：圖〔6512采樣點(diǎn)2000Hz圖〔71024采樣點(diǎn)2000HZ比較分析上面幾圖：圖〔7對(duì)比圖〔1,圖〔7頻域中還是能看清主要的頻率,但其他干擾信號(hào)的頻率復(fù)制明顯增大了。2、設(shè)計(jì)題二：基于計(jì)算機(jī)的聲信號(hào)采集與分析2.1題目現(xiàn)代計(jì)算機(jī)具有對(duì)聲音、視頻進(jìn)行采樣的功能,把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過計(jì)算機(jī)上的麥克風(fēng)及聲卡與AD,錄制各人在不同環(huán)境噪聲、不同發(fā)聲狀態(tài)下講話"機(jī)械工程測(cè)試與控制技術(shù)"語句〔不少于3次,最好是他人的聲音,利用軟件轉(zhuǎn)換語音數(shù)據(jù)文件為ASCII碼,然后進(jìn)行頻譜分析,畫出時(shí)域、頻域圖形。討論：1該設(shè)置至少為多少的采樣頻率？采樣長(zhǎng)度多長(zhǎng)為合適？2不同人員講話聲音的時(shí)域、頻域有什么區(qū)別？根據(jù)你的分析,該怎樣區(qū)分不同人員的講話聲音？要使他人不易識(shí)別你的講話聲音,該怎么處理？2.2分析在Matlab中輸入：clear; fs=5000; [x,fs]=mp3read<'D:\MyDocuments\Desktop\a.mp3'>; lengthx=length<x>; t=<0:lengthx-1>/fs; subplot<211>; plot<t,x>; title<'a聲音時(shí)域波形'>; xlabel<'時(shí)間/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<[020001.1*min<abs<y>>1.1*max<abs<y>>]> title<'a聲音頻譜'>; xlabel<'頻率〔Hz'>; ylabel<'幅值'>錄制三人講話"倒塌萬歲"語句,進(jìn)行頻譜分析,得出時(shí)域頻域圖形如下〔聲音來自于不同的三個(gè)人,圖形中冠明為本人默認(rèn),并非一人聲音：a同學(xué)錄音b同學(xué)錄音c同學(xué)錄音2.3討論該設(shè)置至少為多少的采樣頻率？采樣長(zhǎng)度多長(zhǎng)為合適？在錄音軟件中,其設(shè)定的采樣頻率為44100Hz,則在matlab中的采樣頻率不可以低于44100Hz,否則會(huì)產(chǎn)生失真。所以采樣長(zhǎng)度至少要與錄音的頻率相等才可以防止失真。<2>不同人員講話聲音的時(shí)域、頻域有什么區(qū)別？根據(jù)你的分析,該怎樣區(qū)分不同人員的講話聲音？如上圖abc同學(xué)錄音的時(shí)域頻域所示,每個(gè)人講話的聲都在一定的頻域圍,但是由于三個(gè)人都為男生,所以其說話頻率的圍是有點(diǎn)接近的,,不過依然可以區(qū)分三人三人的聲音頻率,a同學(xué)的錄音由于外界噪音的干擾,所以波形有所不同。但聲音頻率分別可以由圖形明顯區(qū)分出是三個(gè)人的。要使他人不易識(shí)別你的講話聲音,該怎么處理？要使發(fā)聲者發(fā)出的聲音不易被人識(shí)別,主要方法是使聲音發(fā)生失真處理,失真的越嚴(yán)重就越發(fā)不易被人識(shí)別,但是又不能無限制的失真,例如,在matlab中將sound<x1,44100>;%播放語音信號(hào)采樣頻率為44100Hz,則在播放時(shí),可設(shè)置為30000Hz,從而產(chǎn)生失真,所產(chǎn)生的失真使得別人很難輕易識(shí)別發(fā)聲者發(fā)出的聲音。設(shè)計(jì)題三：機(jī)械運(yùn)行數(shù)據(jù)分析與處理3.1題目?jī)晌募袛?shù)據(jù)為某轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)位移數(shù)據(jù),利用軟件對(duì)其進(jìn)行頻譜計(jì)算,得到其時(shí)域和頻域特征,分析機(jī)器振動(dòng)原因：不平衡、不對(duì)中故障特征及其診斷方法。3.2分析平衡：不平衡：不對(duì)中：3.3討論從時(shí)域波形來看,在平衡時(shí),振動(dòng)有明顯的周期性,且雜亂的噪聲較少,幾乎看不出噪聲。不平衡時(shí),震動(dòng)雖具有一定的周期性,但是里面肯定混有很多噪聲,使得時(shí)域波形出現(xiàn)畸形,顯得很復(fù)雜。在不對(duì)中時(shí),其波形波形完全畸形。從頻域圖上看,平衡時(shí)的振動(dòng)有明顯的衰減性,不平衡時(shí)的,屬于整體式衰減的,但是中間有出現(xiàn)"異峰"。衰減特性沒有第一組明顯。至于在不對(duì)中時(shí),波形沒有衰減,而出現(xiàn)了顫振。不對(duì)中,明顯是在傳動(dòng)過程中因?yàn)榘惭b問題,倒置在傳動(dòng)軸的軸向沒有達(dá)到對(duì)中傳動(dòng),尤其是在140Hz處有很大的幅值,需要檢查固有頻率在140Hz附近的零件是否存在問題,這類零件可能是引起大幅振動(dòng)的原因,因予以消除。結(jié)論本次大作業(yè)的論文容以機(jī)械工程測(cè)試與控制級(jí)數(shù)為基礎(chǔ),主要研究了信號(hào)的采集,模擬,處理與分析。結(jié)合Matlab軟件,解決了實(shí)際中的聲音信號(hào)的波形已經(jīng)試驗(yàn)臺(tái)震動(dòng)波形的測(cè)試。在試驗(yàn)中應(yīng)用了書本上學(xué)到的知識(shí),在鞏固的同時(shí)更得到了很多課本以外的知識(shí)。在完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)后,對(duì)信號(hào)的仿真、采集、處理加深了印象,更對(duì)生活中類似問題的解決有了很大幫助。致本次大作業(yè)文本格式,論文構(gòu)架,要感賈民平老師。讓我在格式上懂得如何正確的論文總結(jié)方法。論文格式是十分重要的,正確的格式在我們學(xué)習(xí)工作中都是有十分重要的意義。另外,賈老師