第一篇：造紙機械監(jiān)測教學(xué)實驗造紙機械狀態(tài)信號采集與系統(tǒng)分析實驗報告

造紙機械狀態(tài)信號采集與系統(tǒng)分析

實驗報告

實驗名稱：造紙機械狀態(tài)信號采集與系統(tǒng)分析

學(xué)生姓名：

班

級： 學(xué)

號：

實驗時間：2015 年 1月 15日

地 點：逸夫樓 7B429 指導(dǎo)老師：張 輝 1 《造紙機械狀態(tài)檢測與故障診斷》

教 學(xué) 實 驗 綱 要

第一部分

實驗簡介

一、實驗名稱

造紙機械狀態(tài)信號采集與系統(tǒng)分析

二、實驗?zāi)康?/p>

1、課程情況：

制漿造紙裝備狀態(tài)監(jiān)測與故障監(jiān)測學(xué)是現(xiàn)代化造紙機械運行和管理必不可少的新的技術(shù)理論，是制漿造紙裝備與控制專業(yè)本科(?？?、輕化工程高職本科必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是制漿造紙工藝本科、其它專業(yè)的選修課。

2、實驗?zāi)康?、意義

(1)(綜合)設(shè)計型實驗教學(xué)方案，使學(xué)生一方面變被動為主動，將課堂上理論性較強的、甚至抽象的內(nèi)容通過主動設(shè)計實驗方案并在實驗的具體的演示表達出

來，可以深化理解、鞏固課堂內(nèi)容；

(2)另一方面可以在實驗中了解“制漿造紙裝備狀態(tài)監(jiān)測與故障監(jiān)測”的一些基本應(yīng)用原理和方法，培養(yǎng)和提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力及科研能力。

三、實驗內(nèi)容

㈠CRAS信號與振動分析系統(tǒng)原理與應(yīng)用實驗（4學(xué)時）

1、了解CRAS(隨機信號與振動分析系統(tǒng))實驗系統(tǒng)單元組成和其組裝方法、條件要求；

2、掌握CRAS軟件分析系統(tǒng)的基本使用方法；

3、周期信號的生成方法，非周期信號(隨機信號)的生成方法與采集；

(1)正弦信號發(fā)生器(QL儀器自帶200Hz)；掌握方法及記錄信號特征如：峰值、峰峰值、有效值等。

(2)實時數(shù)據(jù)采集和顯示。掌握方法及記錄信號特征如：峰值、峰峰值、有效值等。

4、二通道信號非周期信號(隨機信號)的基本分析（用力錘法電荷輸入，用ICP傳感器電壓輸入兩種情形組合。ICP又可在模擬轉(zhuǎn)子上以不同轉(zhuǎn)速和模軸承上不同轉(zhuǎn)速實驗分析）

(1)波形回放；(2)頻譜分析；(3)相關(guān)分析；(4)概率分析；(5)系統(tǒng)分析。

㈡ 造紙機械典型狀態(tài)信號采集與分析處理綜合實驗（12學(xué)時）

四、實驗主要器材及說明

實驗用主要器材——最簡單的、完備的振動等信號測試系統(tǒng)(一)實驗主要器材

1、信號源部分 ⑴

0.5力錘及傳感器，一套，北京702所；

⑵ CA-YD-107加速度計二只，揚無二廠。

2、AD數(shù)據(jù)采集卡 ⑴

QLl08R數(shù)據(jù)采集箱一臺，信號線四根，電源線一根； ⑵ QL-02lA--路電荷，電壓放大器一臺。

3、CRSA軟件包分析系統(tǒng)

(1)ADCRAS數(shù)據(jù)采集軟件；

(2)SSCRAS信號與系統(tǒng)分析軟件；(3)MACRAS機械模態(tài)分析軟件；

4、ZT-3型轉(zhuǎn)子振動模擬試驗臺

5、軸承模擬試驗臺

6、微型計算機(PC)

7、打印機(通用)(二)實驗主要器材說明 1、5200系列測力錘(瞬態(tài)激振信號源)主要由錘體、測力計、錘頭、輸出線(信號線)組成。①

原理

激振是用測力錘敲擊被測物件實現(xiàn)。

響應(yīng)傳遞函數(shù)：H(f)=A(t)／F(f)

H(f)取決于測力錘強度及脈沖脈寬、被測物件內(nèi)在結(jié)構(gòu)特征（響應(yīng)輸出）。② 結(jié)構(gòu)

圖1 測力錘結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 不同錘頭敲擊的不同波形

圖3 測試方框圖 2、5100系列傳感器（單向壓力式）①主要結(jié)構(gòu)

石英晶體片

1、導(dǎo)電片

2、傳力板

3、外殼

4、插芯

5、插座6為圓環(huán)形。

圖4 5100傳感器結(jié)構(gòu)原理圖

②工作原理

a、石英晶體片特征為當(dāng)受均勻外力時，其表面產(chǎn)生與外力成正比的電荷；

b、測力錘敲擊而受均勻外力在力傳感器的環(huán)形承壓面上時，石英晶體片表面產(chǎn)生與外力成正比的電荷由導(dǎo)電片接收，傳到插芯，通過連接導(dǎo)線連到電荷放大器，輸出成比例的電壓信號。

c、為了使外力均勻作用在傳感器的環(huán)形承壓面上，傳感器的上下接觸面精密加工、拋光后，使之平坦、剛硬。

3、CA-YD-107/美國產(chǎn)IMI加速度計（傳感器）原理：

①壓阻式加速度傳感器實質(zhì)是一個力傳感器：F＝ma

②利用硅的壓阻效應(yīng)

固體材料在應(yīng)力作用下發(fā)生形變時，其電阻率發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱壓阻效應(yīng)。

特點：靈敏度高、簡單、低功耗、響應(yīng)速度快、可靠性好、精度高、便宜。IMI加速度計（傳感器）：ICP--6080A11

4、OL-108R數(shù)據(jù)采集箱 A、功能：

⑴QL-108R是集A／D轉(zhuǎn)換、信號輸入為一體的數(shù)據(jù)采集接口裝置。⑵進行二路無相差并行采樣，最高采樣頻率51.2KHz。

⑶QL-108R可以程控放大，對輸入信號進行X1、X4、X8、X16倍放大。

⑷QL-108R自帶信號發(fā)生器，可以產(chǎn)生一個200Hz、峰峰值4V的標(biāo)準(zhǔn)正弦波以供測

試。B、使用：

⑴后面板上25芯計算機插口與計算機打印口連接； ⑵在后面板上撥動開關(guān)(采集OR打印)；

⑶用標(biāo)準(zhǔn)電纜將QL-108R后面板上25芯計算機插口與打印機插口連接 ⑷運行CRAS系統(tǒng) ①采集分析

計算機開機——按下QL-108R前面板上電源開關(guān)，處于開機狀態(tài)

面板上撥動開關(guān)至采集——進入CRAS系統(tǒng)子目錄，運行具體子程序——采集分析數(shù)據(jù)。

②數(shù)據(jù)報告打印

在后面板上撥動開關(guān)至打印——選擇數(shù)據(jù)或圖形——打印——打印先后

在后面板上撥動開關(guān)至采集方可繼續(xù)運行程序。

5、QL-021A二路電荷＼電壓放大路 A、功能：

．

⑴是一種多功能接口箱，集電荷輸入、電壓輸入、電壓放大轉(zhuǎn)速整形為一體并有去直

流分量的功能。自帶簡易信號發(fā)生器。

⑵電荷輸入：將壓電式加速度傳感器的微弱電荷信號轉(zhuǎn)成電壓信號。電荷級由高輸入阻抗運放外接反饋電阻、電容完成電荷／電壓轉(zhuǎn)換。

⑶電壓輸入：將不同物理量經(jīng)傳感器后形成的電壓信號進輸入(如振動測量中的速度傳感器或位移傳感器的電壓輸出)。

⑷電壓放大：兩路完全獨立、無相位差，增益可變的放大器組成。

⑸轉(zhuǎn)速整形電路：由面板BNC插座輸出TTL電平脈沖。

⑹信號發(fā)生器：

B、結(jié)構(gòu)使用：

． ⑴面板

①電荷輸入端

Qin——如壓電式加速度傳感器的微弱電荷信號用此端。插拔時應(yīng)斷電。

②電壓輸入端、Vin——如電壓信號輸入進行放大時間用此端。插拔時應(yīng)斷電。

③電荷、電壓選擇——Q／V鍵。

④電壓輸出Vout 無論電荷或電壓經(jīng)放大后均由此端口輸出。⑤放大增益——一組琴鍵開關(guān)表示

×0.1、×

1、×

10、×100（一次只能按下來個鍵）。

⑥37芯接口與計算機相連，電源插口，信號發(fā)生器，三芯插座連傳感器。⑵使用

電荷聯(lián)線的正確聯(lián)接、Q／V開關(guān)的正確位置、Vout到后板連線。插拔時應(yīng)斷。

6、ZT-3型轉(zhuǎn)子振動模擬試驗臺

本實驗臺是由東南大學(xué)測試儀器廠設(shè)計制造的。ZT-3型是由產(chǎn)品代號（ZT）+跨數(shù)組成。

試驗臺長1200mm，寬108mm，高145mm，質(zhì)量約45kg。

轉(zhuǎn)軸直徑均為Ф9.5mm，有兩種長度規(guī)格：320mm軸3根、500mm油膜振蕩專用軸 5 1根；最大撓曲不超過0.03mm；沿軸的軸向任何部位均可選作試驗中的支承點。

共配有六只轉(zhuǎn)子，分為兩種規(guī)格：Ф76×25mm和Ф76×19mm，質(zhì)量分別為800g和600g，可根據(jù)實驗需要選用。

配有剛性聯(lián)軸節(jié)和半撓性聯(lián)軸節(jié)供選用。

⑴技術(shù)參數(shù)

電源：220VAC，50Hz 輸出勵磁電壓：220VDC 輸出勵磁電流：90mA 輸出電樞電壓：0~240VDC 電樞電流：0~1A 調(diào)速范圍：0~10000rpm（滿負荷時）⑵使用方法

接線：接線時斷開電源，按調(diào)速器面板所標(biāo)接線，面板右邊兩對接線柱，上面一對接電樞，下面一對接電機勵磁繞組，并分別以紅色、橙色導(dǎo)線區(qū)分。

開機：開機后，看轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向是否正確，由轉(zhuǎn)子向電機方向看，順時針方向為正確，若反時針轉(zhuǎn)，可將電樞（或勵磁）的兩根線對調(diào)。

注意：每次啟動前都要把調(diào)壓器左旋到零位，即保證電樞電流從零開始往上調(diào)，以避免啟動電流過大燒斷保險絲。面板左邊有兩個3A保險絲，左邊一個為電樞電路保險，右邊一個為電源保險。

升速：接通電源開關(guān)，電源指示燈亮，微動調(diào)壓器，電流表即有指示，負載較小時，轉(zhuǎn)子即會轉(zhuǎn)動。升速時必須平滑地轉(zhuǎn)動調(diào)壓器旋鈕，開始升得較慢，調(diào)壓器轉(zhuǎn)到某一位置后升速較快，這時必須注意要更平穩(wěn)、緩慢地轉(zhuǎn)動調(diào)壓器，以保證瞬時電流不致過大。

降速時，同樣要注意平緩，在高速狀態(tài)停機，應(yīng)通過平穩(wěn)降速過程再切斷電源，否則電機承受沖擊較大。

實驗室如無轉(zhuǎn)速表，可參照轉(zhuǎn)子的I=f（n）或u=f（n）曲線（見圖10），由電流或電壓值算得對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。圖10曲線是在三跨負載時測得的。

7、軸承模擬試驗臺

本實驗臺是由西安交通大學(xué)設(shè)計制造的，適用于：22210Ck＼w33、61910、22317CAlw33三種型號的滾動軸承模擬故障實驗?？梢詼y試不同轉(zhuǎn)速(0～3000 實驗臺的結(jié)構(gòu)

本試驗臺由：驅(qū)動電機、傳動軸、支撐箱體、軸承座、頂尖、加載電機構(gòu)成。結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。

五、實驗步驟與方法

1、檢查儀器單元；

2、連接儀器，安裝硬件、軟件；

3、依次通電啟動調(diào)試；

4、采集信號，記錄存盤；

首先進入AdCras數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，點擊“作業(yè)”按紐，隨即顯示作業(yè)路徑，將其存在D：ｘｘｘｘｘ中，選擇“二通道”。

然后對參數(shù)進行設(shè)置，點擊“參數(shù)設(shè)置”，采樣頻率設(shè)為256Hz；通道標(biāo)記為Ch01、Ch02；塊數(shù)選為2；觸發(fā)參數(shù)設(shè)置為自由運行；，電壓范圍為+5000mV(程控放大1倍)，工程單位為Ch1：m／s／s、Ch2：m／s／s；校正因子Chl、Ch2均為1。

然后點擊“數(shù)據(jù)采集”按紐，同時敲擊測力錘進行采樣，采樣過程中Blocks顯示為2，共分4頁顯示，采樣結(jié)束后系統(tǒng)自動停止采樣，同時要停止敲擊測力錘。采樣結(jié)束存盤后，關(guān)閉AdCras數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，同時進入SsCras信號與系統(tǒng)分析系統(tǒng)，將在AdCras數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)中采集到的信號調(diào)出，并進行處理。

將處理結(jié)果記錄、存盤。

5、回放、分析信號，記錄圖形(各種分析圖)，標(biāo)定特征數(shù)據(jù)；

六、實驗現(xiàn)象、問題、結(jié)果與描述；

（一）、實驗圖分析及圖的實例運用

圖 1 波形圖

波形圖：波幅隨時間變化的頻率

波形圖的實例運用：造紙機軸承監(jiān)測診斷、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動監(jiān)測、壓榨輥振動時域波形圖、魚雷、軍艦等。

圖 2 頻譜圖

頻譜圖：幅值隨時間變化的頻率

頻譜圖的實例運用：壓榨部糾偏輥振動頻譜、側(cè)軸 向振動頻譜、壓光熱輥振動頻譜、中心壓榨輥振動 頻譜、烘缸操作側(cè)振動頻譜、齒輪嚙合頻譜、齒輪 磨損頻譜等。

圖 3 自相關(guān)圖 自相關(guān)函數(shù)：指用以描述信號自身的相似程度

自相關(guān)函數(shù)列表

自相關(guān)圖的實例運用：造紙機軸承監(jiān)測與診斷、壓 榨部糾偏輥振動頻譜、側(cè)軸向振動頻譜、壓光熱輥 振動頻譜、中心壓榨輥振動頻譜、烘缸操作側(cè)振動 頻譜、齒輪嚙合頻譜、魚雷、軍艦。

圖 4 互相關(guān)圖

互相關(guān)函數(shù)：指用以描述兩個信號之間的相似程度或相關(guān)性

互相關(guān)函數(shù)列表

互相關(guān)圖的實例運用：魚雷、軍艦、造紙機軸承監(jiān) 測與診斷、壓榨部糾偏輥振動頻譜、側(cè)軸向振動頻 譜、壓光熱輥振動頻譜、中心壓榨輥振動頻譜、烘 缸操作側(cè)振動頻譜、齒輪嚙合頻譜等。

圖 5 波譜圖

（二）、實驗現(xiàn)象、實驗問題描述

1、實驗現(xiàn)象：傳感器接觸桌面，敲擊桌面采集信號時，電腦屏幕隨之顯示出波形圖，敲擊力度不同波形圖不同。實際工程中的振動通常都是隨機的，非確定性的信號，振動量的 瞬時值不能用確定的數(shù)學(xué)表達式描述，波形沒有確定的形狀。

2、實驗問題：采集信號的時候電腦屏幕上有可能看不到圖像。原因有可能是： ①傳感器與桌面沒有接觸或接觸不良時候，電腦屏幕不會顯示波形圖，必須保證傳 感器與桌面完全接觸，才能采集到信號。②傳感器接觸良好的情況下，波形圖看不到或者不明顯的時候，是因為縱坐標(biāo)范圍太大，應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)Y +和Y-使范圍符合直到出現(xiàn)清晰的波形圖。

七、小結(jié)(收獲與體會與建議)這個學(xué)期我們學(xué)習(xí)了造紙機械狀態(tài)監(jiān)診學(xué)這門課程，它是一門綜合應(yīng)用相關(guān)課程的知識和內(nèi)容來解決科研、生產(chǎn)、國防建設(shè)乃至人類生活所面臨的測試問題的課程。涉及到監(jiān)診方法的分類和選擇，傳感器的選擇、標(biāo)定、安裝及信號獲取，信號調(diào)理、變換、信號分析和特征識別、診斷等。通過造紙機械狀態(tài)監(jiān)診學(xué)實驗，我學(xué)到了好多課本上學(xué)不到的知識體系，第一次把理論和實踐進行了結(jié)合，深刻地理解了實踐的重要性和必要性。培養(yǎng)了我們創(chuàng)新思維能力，綜合運用所學(xué)科學(xué)理論、分析和解決問題方法和技術(shù)手段分析并解決制漿造紙工程實際問題的能力。通過實驗的學(xué)習(xí)，使我們獲得了造紙工程師的基本訓(xùn)練，將我們培養(yǎng)成“有創(chuàng)意、能創(chuàng)新、善創(chuàng)業(yè)”、有較強實驗操作能力的工程技術(shù)人才。同時也提高了我對制漿造紙裝備與 控制專業(yè)的專業(yè)素養(yǎng)。下面請允許我從以下幾個方面談?wù)勎业囊恍┦斋@和體會?！艾F(xiàn)代造紙機械狀態(tài)監(jiān)測與故障監(jiān)測”是現(xiàn)代化造紙機運行和管理必不可少的新技術(shù)理論，是制漿造紙 11 裝備與控制專業(yè)本科必修、制漿造紙工藝本科專業(yè)選修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。因此，相應(yīng)的實驗課是一門專業(yè)基礎(chǔ)實驗課。它將課堂上理論性較強的、甚至抽象的內(nèi)容通 過實驗課具體的演示表達出來，使學(xué)生一方面可以深化理解、鞏固課堂內(nèi)容，另一方面可以 在實驗中了解“制漿造紙裝備狀態(tài)監(jiān)測與故障監(jiān)測”的一些基本應(yīng)用原理和方法。

第二篇：實驗一 時域離散信號與系統(tǒng)分析(實驗報告)-2015

《數(shù)字信號處理》 實驗報告

學(xué)院

專業(yè) 電子信息工程

班級

姓名

學(xué)號

時間

實驗一

時域離散信號與系統(tǒng)分析

一、實驗?zāi)康?/p>

1、熟悉連續(xù)信號經(jīng)理想采樣后的頻譜變化關(guān)系，加深對時域采樣定理的理解。

2、熟悉時域離散系統(tǒng)的時域特性，利用卷積方法觀察分析系統(tǒng)的時域特性。

3、學(xué)會離散信號及系統(tǒng)響應(yīng)的頻域分析。

4、學(xué)會時域離散信號的MATLAB編程和繪圖。

5、學(xué)會利用MATLAB進行時域離散系統(tǒng)的頻率特性分析。

二、實驗內(nèi)容

1、序列的產(chǎn)生（用Matlab編程實現(xiàn)下列序列（數(shù)組），并用stem語句繪出桿圖。（要求標(biāo)注橫軸、縱軸和標(biāo)題）

（1）.單位脈沖序列x(n)=δ（n）

（2）.矩形序列x(n)=RN(n),N=10 201321111053 陳閩焜10.90.80.70.60.50.40.30.20.10-30-20-100n102030RN(n)10.90.80.70.60.50.40.30.20.10-50510***11053 陳閩焜

圖1.1 單位脈沖序列 圖1.2 矩形序列

nδ(n)

(3).x(n)=e（0.8＋3j）n ； n取0－15。

***6420

圖1.3 復(fù)指數(shù)序列的 模 圖1.4 復(fù)指數(shù)序列的 相角

（4）.x(n)=3cos（0.25πn＋0.3π）＋2sin（0.125πn＋0.2π）n取0－15。

201321111053 陳閩焜43210-1-2-3-4-502468n10121416-202468n10121416y(n)

05n1015

圖1.4 復(fù)合正弦實數(shù)序列

（5）.把

2x *** 陳閩焜10-1-2-3-***820

圖1.6 y(n)序列桿圖

（7）、編一個用戶自定義matlab函數(shù)，名為stepshf（n0，n1，n2）實現(xiàn)單位階躍序列u[n－n1]。其中位移點數(shù)n1在起點n0和終點n2之間任意可選。自選3個入口參數(shù)產(chǎn)生桿圖。

201321111053 陳閩焜10.90.80.70.60.50.40.30.20.***1820

M文件子程序如上所列。圖1.7 自定義stepshf函數(shù)效果舉例

2、采樣信號及其頻譜分析

（1）繪出時間信號x(t)=cos(50πt)sin(πt),時間范圍t取0到2秒。

201321111053 陳閩焜10.80.60.40.2x(t)0-0.2-0.4-0.6-0.8-100.20.40.60.811.2t/second1.41.61.82

圖2.1 連續(xù)信號x(t)的波形圖及頻譜圖

（2）對于連續(xù)信號x(t)=500exp（-200nT）sin(50πnT)u（n），n=0，1，2，…，49；

分別求在T=0.5ms和T=1ms以及T=2ms三種情況下的x(t)的序列圖和頻譜X的幅頻響應(yīng).觀察是否有頻譜混疊現(xiàn)象。

150100500-500510******53 陳閩焜25002000***00510***04550

圖2.2-a 以T=0.5ms采樣的序列及幅頻譜圖

150100500-500510******53 陳閩焜***00510***04550

圖2.2-b 以T=1ms采樣的序列及幅頻譜圖

150100500-500510******53 陳閩焜60040020000510***04550

圖2.2-c 以T=2ms采樣的序列及幅頻譜圖

3、系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)

求以下差分方程所描述的系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)h(n), 長度 0—49共50點

y(n)＋0.2 y(n－1)+0.6y(n－2)=2x(n)－3x(n－1)

8642x 10-3201321111053 陳閩焜 Amplitude0-2-4-6-8051015202530n(samples)354045

圖3.1 離散系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)h(n)

4、計算離散線性卷積

序列x＝[1,-1, 2, 3]與

201321111053 陳閩焜***053 陳閩焜403020010-10-2-10-3-4-2000.511.522.533.500.511.522.533.5

圖5.1 系統(tǒng)幅頻特性 圖5.2系統(tǒng)相頻特性

三、回答思考題內(nèi)容

（1）、在分析理想采樣序列時，當(dāng)選擇不同采樣頻率獲取數(shù)據(jù)，其DFT的數(shù)字頻率是否一樣？它們的值所對應(yīng)的模擬頻率是否相同？為什么？

（2）、對于由兩個子系統(tǒng)級聯(lián)或并聯(lián)的系統(tǒng)，該如何用MATLAB分析其幅頻特性和相頻特性？