動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀(Dynamic Signal Analyzer,DSA)是集信號(hào)采集、處理與分析功能于一體的現(xiàn)代化測(cè)試儀器,廣泛應(yīng)用于機(jī)械振動(dòng)、聲學(xué)測(cè)量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)控及控制系統(tǒng)評(píng)估等領(lǐng)域。其核心價(jià)值在于將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信息,通過(guò)快速傅里葉變換(FFT)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜分析、模態(tài)識(shí)別及故障診斷。
其儀器主要由信號(hào)調(diào)理、高分辨采集、數(shù)字信號(hào)處理及控制顯示模塊構(gòu)成。信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)抗混疊低通濾波器和增益控制優(yōu)化輸入信號(hào);數(shù)字信號(hào)處理模塊基于FFT算法實(shí)現(xiàn)功率譜、階次譜、頻響函數(shù)及相干性分析。例如,在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)分析中,可通過(guò)階次跟蹤功能識(shí)別非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速下的故障特征頻率;在聲學(xué)測(cè)試中,倍頻程分析可量化噪聲頻段的能量分布。
一、測(cè)試前準(zhǔn)備
明確測(cè)試目標(biāo)
確定測(cè)試目的:如頻譜分析、模態(tài)測(cè)試、階次分析、傳遞函數(shù)測(cè)量、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等。
確定待測(cè)信號(hào)類型:振動(dòng)(加速度/速度/位移)、聲壓、力、應(yīng)變、轉(zhuǎn)速等。
準(zhǔn)備測(cè)試設(shè)備
動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀主機(jī)(及配套軟件)。
傳感器:根據(jù)信號(hào)類型選擇合適的傳感器(如壓電加速度計(jì)、麥克風(fēng)、力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器)。
傳感器線纜:確保長(zhǎng)度合適、屏蔽良好。
電源:確保分析儀和傳感器(如IEPE傳感器)供電正常。
安裝工具:磁座、螺釘、蜂蠟、膠水等(用于固定傳感器)。
輔助設(shè)備:激勵(lì)設(shè)備(如力錘、激振器,用于模態(tài)測(cè)試)、校準(zhǔn)器(如振動(dòng)校準(zhǔn)器)。
檢查與校準(zhǔn)
檢查所有設(shè)備外觀是否完好,線纜有無(wú)破損。
使用校準(zhǔn)器對(duì)傳感器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn),確保測(cè)量精度。
檢查分析儀電池電量或電源連接。
二、硬件連接
安裝傳感器
根據(jù)測(cè)試點(diǎn)位置和要求,用合適方式(磁吸、螺釘固定、蜂蠟粘接等)將傳感器牢固安裝在被測(cè)物體上。
確保安裝面平整、清潔,接觸良好。
對(duì)于多點(diǎn)測(cè)試,規(guī)劃好傳感器布局。
連接線纜
將傳感器線纜連接到動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的輸入通道。
注意通道對(duì)應(yīng)關(guān)系:記錄每個(gè)傳感器連接的通道編號(hào)(如Ch1,Ch2...)。
對(duì)于IEPE傳感器:確保分析儀通道設(shè)置為IEPE模式,并開(kāi)啟恒流源供電(通常2-4mA)。
對(duì)于電荷傳感器:需連接電荷放大器,再將放大器輸出接入分析儀電壓輸入。
連接轉(zhuǎn)速傳感器(如光電/磁電式)到專用轉(zhuǎn)速輸入通道或模擬輸入通道。
系統(tǒng)接地
確保分析儀和被測(cè)設(shè)備良好接地,減少電磁干擾。
三、軟件設(shè)置與配置
啟動(dòng)軟件
打開(kāi)動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀主機(jī)和計(jì)算機(jī),啟動(dòng)配套分析軟件(如LMS Test.Lab,Dewesoft,Siemens Testlab,或廠商專用軟件)。
創(chuàng)建新項(xiàng)目/任務(wù)
在軟件中新建一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目,命名并保存。
配置通道參數(shù)
通道設(shè)置:為每個(gè)輸入通道配置以下參數(shù):
傳感器類型:選擇加速度計(jì)、麥克風(fēng)等。
靈敏度:輸入傳感器的靈敏度值(如10 mV/g,50 mV/Pa),軟件將自動(dòng)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為工程單位(如m/s²,Pa)。
單位:設(shè)置測(cè)量單位(g,m/s²,mm/s,Pa等)。
輸入模式:選擇電壓、IEPE、電荷等。
量程(Range):根據(jù)預(yù)期信號(hào)大小選擇合適的量程,避免削波或分辨率不足。
高通/低通濾波:設(shè)置抗混疊濾波器和必要濾波。
轉(zhuǎn)速通道:配置轉(zhuǎn)速信號(hào)的類型(脈沖、正弦)和每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。
設(shè)置分析參數(shù)
采樣率(Sample Rate):根據(jù)奈奎斯特采樣定理,通常設(shè)置為最高關(guān)注頻率的2.56倍以上。
分析頻率范圍(Frequency Range):設(shè)定FFT分析的上限頻率。
譜線數(shù)(Line)或分辨率:如400-line,1600-line。譜線數(shù)越多,頻率分辨率越高。
窗函數(shù)(Window):根據(jù)信號(hào)特性選擇(如漢寧窗用于普通振動(dòng),平頂窗用于幅值測(cè)量,矩形窗用于瞬態(tài)信號(hào))。
平均方式:選擇線性平均、指數(shù)平均或峰值保持,以改善信噪比。
平均次數(shù):設(shè)置信號(hào)平均的次數(shù)。
設(shè)置觸發(fā)與采集模式
觸發(fā)源:選擇自由運(yùn)行、模擬觸發(fā)、數(shù)字觸發(fā)或外部觸發(fā)。
采集模式:連續(xù)采集、瞬態(tài)采集、同步采集等。
記錄時(shí)長(zhǎng):設(shè)置單次采集的時(shí)間長(zhǎng)度或總記錄時(shí)間。
四、預(yù)測(cè)試與信號(hào)檢查
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
開(kāi)啟實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示(時(shí)域波形、頻譜圖)。
讓被測(cè)設(shè)備在正常工況下運(yùn)行。
檢查信號(hào)質(zhì)量
觀察各通道信號(hào)是否正常:有無(wú)信號(hào)、是否超量程(削波)、噪聲水平是否過(guò)高。
檢查轉(zhuǎn)速信號(hào)是否穩(wěn)定。
根據(jù)觀察結(jié)果,調(diào)整傳感器位置、量程或分析參數(shù)。
五、正式數(shù)據(jù)采集
啟動(dòng)采集
確認(rèn)所有設(shè)置無(wú)誤后,點(diǎn)擊軟件中的“開(kāi)始采集”或“運(yùn)行”按鈕。
確保被測(cè)設(shè)備處于目標(biāo)工況(如特定轉(zhuǎn)速、負(fù)載)。
監(jiān)控采集過(guò)程
實(shí)時(shí)觀察信號(hào)和分析結(jié)果。
留意有無(wú)異常振動(dòng)或噪聲。
停止采集
達(dá)到預(yù)定采集時(shí)間或完成測(cè)試后,點(diǎn)擊“停止”按鈕。
保存當(dāng)前數(shù)據(jù)塊。
六、數(shù)據(jù)分析
查看結(jié)果
時(shí)域圖:觀察信號(hào)波形、峰值、RMS值。
頻譜圖(FFT):識(shí)別主要頻率成分、諧波、邊帶等。
階次譜(如使用轉(zhuǎn)速):分析與轉(zhuǎn)速相關(guān)的振動(dòng)成分。
瀑布圖/坎貝爾圖:觀察頻率隨轉(zhuǎn)速變化的軌跡,用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷。
相干函數(shù):判斷輸入(激勵(lì))與輸出(響應(yīng))之間的線性關(guān)系。
傳遞函數(shù)/頻響函數(shù)(FRF):用于模態(tài)分析。
執(zhí)行特定分析
根據(jù)測(cè)試目標(biāo),進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別、包絡(luò)分析、階次跟蹤、統(tǒng)計(jì)分析等。
數(shù)據(jù)導(dǎo)出
將關(guān)鍵數(shù)據(jù)或圖表導(dǎo)出為圖像(PNG,JPG)或數(shù)據(jù)文件(CSV,TXT,UNV)。
七、測(cè)試后操作
關(guān)閉系統(tǒng)
停止軟件采集,關(guān)閉分析軟件。
關(guān)閉動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀主機(jī)電源。
拆除設(shè)備
小心拆下傳感器和線纜。
清潔傳感器和安裝面,妥善存放。
數(shù)據(jù)整理與報(bào)告
整理測(cè)試數(shù)據(jù),撰寫(xiě)測(cè)試報(bào)告,包含測(cè)試條件、設(shè)置參數(shù)、分析結(jié)果和結(jié)論。
儀器維護(hù)
清潔儀器表面,檢查線纜,定期進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)。