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小伙伴们今天让我们一起来聊聊Something about DATA 系列。我们先回顾一下本系列对NVH测试中的数据采集做的整体介绍 A 数据采集过程 B 硬件设备 C 数采软件 D ATOM中的数据采集 接下来的几篇文章我们将继续对NVH测试中的信号处理展开进行介绍。 NVH测试过程其实就是用数据采集系统将反映试验对象状态振动噪声等的物理信号进行记录并采用相应的信号处理算法对记录到的信号进行有目的的信息提取的过程。 数据采集完成后得到时域数据而我们要提取有用的信息,需要有各种各样的信号处理算法对时域数据进行分析处理以便得到更能突出所要提取的信息。常用的信号处理方法有频谱分析心理声学分析、系统分析自谱、互谱、自相关、互相关、传递函数等。今天我们将针对NVH测试中的最常用的频谱分析做一个简要的介绍。
频谱分析是对采集到的时域信号进行数字信号处理得到频域结果的分析过程。信号不仅随时间变化还与频率结构和各频率成分的幅值、相位等信息有关如果想了解信号的频率组成信息就需要进一步分析信号的频率结构并在频率域中对信号进行描述。 信号从时间域变换到频域主要通过傅立叶变换来实现在一定的采样率下采集到时域信号通过设置频率分辨率确定进行一次傅里叶变换所需要的时域信号长度根据步长/重叠确定时域信号截取在信号截取的过程中为减小泄漏通常会加入窗函数对截取的时域信号进行优化处理然后对加窗后的时域信号进行傅里叶变换将时域数据转换成频域数据频域数据再根据实际需要进行计权及谱格式等处理最后进行频谱呈现完成频谱分析。 参与到频谱分析的算法或参数有傅里叶变化、采样定理、频率分辨率/谱线数、步长/重叠、窗函数、计权、谱格式等。接下来进行一一介绍。
1.傅里叶变化
时域和频域是信号的基本性质时域分析与频域分析是从两个角度对信号的进行分析。时域分析是以时间为变量反映信号的幅值随时间变化的关系频域分析是把信号变为以频率为变量反映信号的频率结构和各频率成分的幅值、相位关系。
通过数据采集设备采集到时域信号通过傅立叶变换将信号从时域变换到频域。在频率域研究系统的结构参数与性能的关系揭示了信号内在的频率特性以及信号时间特性与其频率特性之间的密切关系。
任意连续测量的时域信号都可以用若干不同频率的正弦波信号相加来表示这些正弦信号则都可由其频率、幅值和相位来标识在频率轴上则可以由这些正弦信号的实部和虚部来表达。对频率轴通常可用窄带、倍频程如三分之一倍频程来表示。
通常频谱分析只用于稳态信号的分析并通过多次平均来得到。对于变化较快的信号如发动机的加速过程则可进行短时傅里叶变换或时频域分析。
2.采样定理
采样定理一个最高频率为fm的有限带宽信号x(t)可以由以采样频率fs大于2 fm采样得到的采样值序列x(nΔt)唯一确定Δt1/ fs。此定理说明采样频率至少应设置到信号最高频率的2倍以上一般来说采样频率的一半称为分析带宽即为最大分析频率。若信号最高频率未知或不能设置高的采样频率则必须使用抗混滤波器将fs/2以上的频率成份滤掉且抗混滤波必须在采样之前进行若被采信号最高频率fm fs/2则频率分析得到的频率成份将不真实会发生频率混叠。
3.频率分辨率
频谱是由离散的时域信号转化来的得到的频谱也是离散的每个频率离散点称为一条谱线频谱曲线是由谱线上的离散点连成的曲线相邻两条谱线的频率间隔成为频率分辨率(Δf),谱线数nf等于每次参与计算的离散时域数据点N的一半。分析最高频率fm等于频率分辨率与谱线数的乘积。为高效的傅里叶的变换一般谱线数为2的n次方幂。
4.步长/重叠
如果傅里叶变换每次计算选择的时域信号只是原始信号的一部分就像透过一个矩形窗口去看这个信号一样只能看到这个信号的一部分。在每次傅里叶变换选择时域信号时需要对时域信号进行截取。
截取一次傅里叶变换的时长可由频率分辨率来确定隔多长时间截取一次则是由步长来控制。一般为增加时域数据利用率以及提高频谱分析的准确性会将截取相邻两次信号的数据点进行重叠一般用重叠率表示。步长和重叠率是可以相互转换的都能确定每次傅里叶变换截取时域数据的起始时间。
参考
https://baike.baidu.com/item/%E6%97%B6%E5%9F%9F%E9%A2%91%E5%9F%9F/9399325?frge_ala https://baijiahao.baidu.com/s?id1757974035275125541wfrspiderforpc
重点参考
https://www.landtop.com/Art/content/pid/20/id/33/cid/495.html
