测试技术与信号处理实验报告机械转子底座的振动测量和分析一、实验目的1．掌握磁电式速度传感器的工作原理、特点和应用。

2．掌握振动的测量和数据分析。

二、实验内容和要求先利用光电式转速传感器测量出电机的转速；然后利用磁电式速度传感器测量机械转子底座在该电机转速下的振动速度；对测量出的振动速度信号进行频谱分析；找出振动信号的主频与电机转速之间的关系。

三、实验步骤1．启动实验程序“机械转子系统的振动测量.exe”; 输入个人信息，也可以启动之后通过单击“修改”按钮修改个人信息。

2．单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电速度传感器的采样通道号，批量采样频率（建议设为10KHz）、批量采样点数（建议设为10000）。

3．打开转子电机的电源，单击“单点采样”。

4．旋转调节旋钮改变转子的转速,观察图形区显示的磁电速度传感器采集到的转子底座振动信号；如果振动信号比较小，可适当提高转子的转速。

5．转子转速的测量：(1) 单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接光电转速传感器的采样通道号、批量采样频率（建议值为10KHz）、批量采样点数（建议值为10000）。

(2) 单击“批量采样”按钮，开始采样；采样完成之后，采集到的波形信号会显示在图形窗口，系统会自动计算出转子的速度并显示出来。

记录下此时的转子的转速（单位：r/s）。

(3) 再重复步骤(2)测量2次。

以三次测量的平均值作为此时转子的转速。

转速的测量结果单点采样采集通道6,测量3组数据6．振动信号的测量和频谱分析：(1) 单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电速度传感器的采样通道号、批量采样频率（建议设为10KHz）、批量采样点数（建议设为10000）。

(2) 单击“批量采样”按钮，开始采样；采样完成之后，采集到的波形信号会显示在图形窗口。

如果信号不正常，重复点击“批量采样”按钮(3) 单击“保存”按钮，将采集到的磁电传感器的信号数据保存为文本文件。

文件必须保存到“C:\ExperiData\”目录下。

可单击“保存设置”更改文件名。

(4) 打开刚保存的文本文件，文件前面几行保存了个人信息、采样频率、采样通道、保存的数据个数等信息。

文件中共有四列数据，第一列为数据的序号，第二列为磁电传感器检测到的数据。

(5) 将文本文件另存为No1.txt，删除文本文件“No1.txt”开头包含有汉字的前7行（有5行汉字，2个空格行）。

删掉文件前面几行汉字是为了将数据导入matlab。

磁电传感器的信号数据采样通道为5，系统的采样频率f=1000Hz。

数据的总个数：10000，转子转一圈产生的方波的个数：2。

序号电压/V 归一电压/V 行末标志符1 +4.3823 +1.0000 1010102 +4.3945 +1.0000 1010103 +4.3994 +1.0000 1010104 +4.4019 +1.0000 1010105 +4.3896 +1.0000 1010106 +4.3872 +1.0000 1010107 +4.3896 +1.0000 1010108 +4.3970 +1.0000 1010109 +4.3994 +1.0000 101010…….9995 +4.3872 +1.0000 1010109996 +4.3848 +1.0000 1010109997 +4.3896 +1.0000 1010109998 +4.3774 +1.0000 1010109999 +4.3945 +1.0000 10101010000 +4.3872 +1.0000 101010(6)启动matlab，将“C:\ExperiData\”目录设为matlab的当前工作目录。

(7)在matlab的命令窗口中输入experi7并回车，matlab会运行当前目录下experi7.m文件完成振动信号的频谱分析。

绘出信号的时域波形、功率谱图，并计算出信号的主频。

(8)截屏保存图形。

图一时域波形、功率谱图7．对比转子的转速(r/s)与测得的振动信号的主频。

8．改变（建议增大）转子的转速，重复步骤5和步骤6，观察振动信号的主频是否会随着转子转速的变化而变化。

保存数据时注意更改文件名，不要覆盖掉前面的数据文件。

9．将保存的数据文本文件和experi7.m文件拷贝回去，用于实验报告的撰写和实验数据的进一步处理分析；仔细阅读experi7.m，在看懂了experi7.m文件基础上进行修改，对振动信号进行其它的分析处理，如滤波、幅值谱、自相关函数、自功率谱等（课后完成）。

编写程序如下：load No3.txt;fs=10*1000;%采样频率N=1024*8;%抽样数，一般要求取为2^n,如128,256,512,1024,2048,4096,8192,16384,32768等，%应该小于采样数据点数,但至少要包含1个以上波形。

t=No3(:,1)/fs;%从数组No1中取出第一列，再除以采样频率得到采样时间y=No3(:,2); %从数组No1中取出第二列，得到采样数据ym=mean(y);%求平均值，找出信号中的直流分量y=y-ym; %减去平均值，剔除信号中的直流分量[R,tao]=xcorr(y,600,'coeff');subplot(2,2,1);plot(1000*t,y); %画滤波图xlabel('时间/ms')ylabel('滤波');subplot(2,2,2);plot(tao,R); %画自相关函数图xlabel('滞后');ylabel('自相关函数');x_n=xcorr(y,600,'coeff');Yf=fft(x_n,N);%进行fft变换（离散信号的快速傅里叶变换），求信号的频谱X(f)f=fs*(0:length(Yf)/2)/length(Yf);%进行对应的频率转换，求出频谱的横坐标Pyy = Yf.* conj(Yf)/N;%求信号的功率谱subplot(2,2,3);plot(f,Pyy(1:(N/2+1))) %画功率谱[Pymax, fi]=max(Pyy(1:(N/2+1)));%求出最大功率值及其索引号fifm=f(fi) %根据索引号求出主频，即功率最大的频率成分的频率title(['自功率谱，主频fm=',num2str(fm),'Hz'])xlabel('频率(Hz)')mag=abs(Yf);%求幅值谱,等于|X(f)|subplot(2,2,4);plot(f,mag(1:(N/2+1))) %画幅值谱[mgmax, mi]=max(mag(1:(N/2+1)));%求出最大功率值及其索引号mi fm=f(mi) %根据索引号求出主频，即功率最大的频率成分的频率title(['幅值谱，主频fm=',num2str(fm),'Hz'])xlabel('频率(Hz)')图二滤波、幅值谱、自相关函数、自功率谱图四、结论由小组的数据比较观察可知振动信号的主频是会随着转子转速的变大而增大并且存在一定的线性关系。

五、对思考题的回答。

1. 简述利用磁电速度传感器测量转子实验台底座振动的原理。

磁电速度传感器的输出电压与振动速度成正比，故又称速度式振动传感器。

其输出可以是速度值的大小，也可以是把速度量经过积分转换成位移量信号输出。

这种测量可对旋转或往复式机构的综合工况进行评价。

是利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号。

在传感器壳体中刚性地固定有磁铁，惯性质量（线圈组件）用弹簧元件悬挂于壳体上。

工作时，将传感器安装在机器上，在机器振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值。

与二次仪表相配接（如OD9000振动系列仪表），即可显示振动速度或振动位移量的大小。

也可以输送到其它二次仪表或交流电压表进行测量。

2. 常用的振动信号测量方式有那些？振动量的常用测量方法三种：（1）、机械式测量方法：主要用杠杆放大原理或惯性原理加上杠杆放大原理。

（2）、电测法：将振动参量（位移、速度、加速度）转换成电信号，经电子系统放大后进行测量记录的方法。

（3）、光测法：把振动参量转换成光信号，经光学系统放大后，加以测量和记录。

3．根据实验的结果，分析转子实验台底座振动产生的原因。

由于设计、结构、材质不均匀以及制造安装误差等原因，所有实际转子的中心惯性主轴都或多或少的偏离其旋转轴线。

这样，当转子转动时，转子各微元质量的离心惯性力所组成的力系不是一个平衡力系。

这种情况称为转子具有不平衡或失衡。

旋转机械的振动主要是由不平衡引起的，尤其在高速旋转机械中表现得更为显著。

在运动时，由于旋转的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因数，总是伴随着各种振动。

六、对本试验的体会和建议通过本次实验，对磁电式速度传感器的工作原理、特点和应用有了进一步的认识，了解了机械转子转速以及底座振动的测量方法。

运用matlab软件进行振动信号的分析处理，如时域波形、功率谱图、滤波、幅值谱、自相关函数、自功率谱等，提高了labview和matlab软件的操作技能。

以后要加强matlab软件的学习，提高应用能力，在学习、研究当中充分发挥软件的作用。