GB/T 29716.1-2013 机械振动与冲击 信号处理 第1部分 引论 GB/T29716.1-2013 标准压缩包解压密码：www.bzxz.net

ICS17.160
中华人民共和国国家标准
GB/T29716.1—2013/ISO18431-1.2005机械振动与冲击
信号处理
第1部分：引论
Mechanical vibration and shock-Signal processing-Part 1 : General introduction.(ISO 18431-1:2005,IDr)
2013-09-18发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2014-06-01实施
中华人民共和
国家标雅
机城振动与独击信号处理
第 1部分;引论
GB/T 29716.1—2013/ISO 18431-1.2005*
中国标准出版社出版发行
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开本 880×1230
2013年11月第一版
字数34千字
2013年11月第一次印别
号：J55066-J-47719
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GE/T29716.1—2013/1S018431-1.2005GB/T297166机械据动与冲击
信号处理》，拟分为如下部分：第1部分：引论：
-第2部分：傅里叶变换分析折的时域窗；第8部分：联合时额分析的双线性方法：第4部分，冲击响应谱分析：
第5部分：时间尺度分析方法。
本部分是GB/T29716的第1部分：本部分按照GB/T1.1—2009和CB/T20000.2-2009给出的规则起草，本部分采用翻译法等同采用1S018431-18机报动与冲击信导处理第1部分：引论。本部分由全国机械振动，冲击与状态监测标准化技术委员会(SAC/TC53)提出并归口。本部分起单位上海变通大学中国船舶重工集团公司第七-研究所。本部分主要起草人饶柱石、陈进，张泉南、广明，周英。GB/T29716.1—2013/ISO18431-1:2005引
近年来，随若数字信号采案系统和升算机化的数据处理设备的广泛使用，几乎所有的数据分析都通过数字化数据的数学运算来完成：因此，数据分析主要是数学信号的处理过程：对据动和冲击实骏数据的分析应当视为实验员工序的一部分，这个工序包括从实验设计到据评估和理解的所有步。
考虑仪器灵敏虚的影响，本部分假定数据已被充分的缩减：本部分及的数据均认为是某个物理量如逆度，加逆度，位移或力的分见的时间样本序到。获得这些数据的实验方祛不属于本部分的范畴。1范围
GB/T29716.1—2013/IS018431-12005机械振动与冲击信号处理
第1部分：引论
GB/T29716的本部分定义了包括暂理单位在内的数学变换，这些变换将各类振动冲击数帮转换成一种适于进行定至推述和不同实验间量化比较的形式。可用于确定性或随机信号、瞬态或连续信号的振动分析：信号的各种类别在第6章中作了定义。应高度重规正确区分所分析信号的类型，以便使用正确的变换和单位，尤其是对频域分析而。数据可通过对机械结构实验测盘得到，也可以从机械结构的数值仿真中状得，由于机械结构种类多样，如显微仅器，乐器，汽车，加工机械建筑和土木结构等，酉此涉及的整据类型非带广泛。通过这些数据可确定机器或人对机械振动和冲击的响应。2规范性引用文件
下到文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件，凡品不注日期的引用文件，其品新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IS0204l：1990振动与击词汇（VibrationandshockVocabulary）3术语和定义
IS0 2041界定的以及下列术语和定义遗用于本文件。3.1
选迎aliasing
由高于奈牵斯特频率和低于奈亲斯特频率的谱成分混合而引起的谱能量的错误表达，3.2
司confideceinterval
留信区间
在给定率下,统计量真值存在的范固。3.3
数据data
对某物理量进行测的来样值。
统计自由度statisiical degreesoffreedom统计学概率估计中独立变量的个数。3. 5
领率分辨率frequcnicyresolution两相邻谱线之间的赖率差。
语线数numher of lines
显示出来的谱线数目：
GB/T29716.12013/1SO18431-1;20053,7
奈奎斯特频率Nyguistfreqnency以给定的采样速率采集的数据之最大可用频率fh =f./2
f——奈奎斯特额率：
f，一采样率。
记录长度recordJength
在一系列不间断采样数据点组成的集合中数据点的个数。3.9
采样sampling
以时间、角度、转整或其他独立机被变的值为序对一个变化的暂理量进行的测量。3.10
采样频率samplingfrequeney
对于均句的采样数据，单位时间内渠样的个数。3.11
采样间陷
samplinginterval
两个连续采样点之间的以单位(如：时间、角度、转数等)为度量的间隔值。3. 12
采样周期
sampling Period
两个连续采样点之间的时间间陷。3.13
乘样率
samplicg rate
对均勾采样数帮，每单位时间，角度，转数或其他独立机械变量下的采样个数。3. 14
旁据 side-lobes
佛单叶变换时因采角有限时窗面引起的赖域上的虚偿峰值序列。3.15
信号带宽signalbandwidth
关注的上限频率和下限额率之间的频率间隔.3.16
语泄调：spectral leakage
博里叶变换时出有限时窗的应用引起的单一题谱分量的功率谱谱蜂值宽度增如。4待号和缩略语
模一数转换器
信号带宽
等嫩噪尚带宽
桶值缩放国子
H,(rn)
O(k,m)
Pral(an)
S,(m,)
ea,(m)
高做游更变换
计算统计均值或平均值的期望算子随时间变化的力
第一类题响题数
第二类颊响函数
GA/T 29716.1—2013/ISO 18431-1:2005时间延迟或密口长度w（）的求和极限数据块的数目
记录长度
信号（n）的幅值柱状图在单位U.中的水平数据块长：被转换的采样点的数目1(配)的小被变换
信号的功率谱密度
信号以功率谱密度的低频部分
信号（功率谱度的低部分
信号和之间的互功率谱密度
单白自度系统的品质因数
信号(n)的均方根谱
信号工（n）的时傅里叶变换
一个数疗型数据块的总时间NAr
平滑魏格纳分布的科恩基类德波器2（样)的高做博里叶变换
的离敬傅里叶变换
量化增盘数，即AI>C(模数转换)中所说的“位\实）的自协方差
(n)与(n)的互协方差
信号（）的能量谱密度
信号）和互能量谱密度
频率一m心f
奈李斯特频率，采样信号中出现的最高频率单自由度系统的固有额率
采样频率=1/42
数据块指标
时间变换指标
求和指标
额率或尽度指标
非平稳信号（的平均值
平融信号主(n)的平均值
时间指标
求和下限
求和上限
求和上限
GB/T29716.1—2013/ISO18431-1.2005ra(en)
r, (k,n)
Fs, (ke)
U, (n)
y(元）
E(n，)
5信号调理
5. 1内容概览
非平稳信号a(n)的自相关
平稳信号工（元)的自相关
非平稳信号（)和的互相关
平稳信号工和的互相关
时间=
非平稳信号（）的方差
平稳信号（的方差
密函数
时或内的物理数据
时域内的物理数据
采样周期
率分辩率
相对随机误差
恒干函数
测量信号的噪声成分
母小波
工的统计方差
采用科恩苯类被波器V(n，n)的科思基类貌格纳分布信号（)的魏格纳分布
以传感器出来的电信号应经适当的调理，以便模一数转换器（ADC)对其进行数字化处理。信号调理带要确定与故大，滤波利化有关的几个参数。这些参数的选择对获取适于信导处理的数据非带重耍，
5.2滤波
信号在被A汇成功转换为数字信号前应进行低通滤被以防止发生送混。送混现象的产生是由于信导中含有去高的频率成分。信号的最高频率受到AL心的采样频率，的限制：有关采样额率的设过范围可在ADC的说明书中找到：信号的最高频率成分不能高于fx=./2，即奈奎斯特新率。低通越饭器的上限频率依赖于滤被器的频率响应下降特性利信号的谱特性，如果信号的相位很重要，那么也要关注滤波器的相位特性
需要进行以下试验以检谢低通滤被器的适用性将一个信号盘化并记录下来，对数据实施傅里叶变换，傅里叶变换后的信号在奈奎斯特频率处的幅值应小于或等于该信号在关注频率下的期单噪声水平，否则应该提高采样率或者降低低通滤饺器的上限频率。除低通滤波器外，有时也需要高通端波器，因为当信号中存在不可忽视的直流分量时会减小AD0的使用范围。在虽化之前减小或消除这种偏置更为可取，除非这个直流分量或低频分盘很重要。增母暴加汽DC的外部模拟单抗混滤波则略有不同，对高频1-bit数字转换器而言，模拟信号应满足奈垒斯特准则，而非最终结果的频率。对于增累加数字转换器，制造商通带会将模拟信号输人所需的低通滤波器和内部数字低适滤被器包括进去以匹配输出的采样率。4
5.3采样
GB/T 29716.1—2013/ISO 18431-1:2005ADC将一个模拟信号转换成整数数值序列.输出的整数在一定电压范围内与辅人信号成比例。该电压范围出ADC的说明书给出，它决定了适当的增益设置+如5.1所述。注：量大输出俏对患的量化增盘数5决定了ADC的动态范用，它以分贝来度量，6站十1.8dB，数值序列是按一定的速率（即采样频率于.)进行采样得到的，如5，1所述，信号也能以不同于时间虽的其他工程单位（如拍位核或度数）的等增量值为序进行重果样以实现阶次跟踪，从而得到另一些样本。
另一需要选择的参数是采样点数，即记录长度，如果信号是瞬态的或者有限时长的，记录长度应该足够大以捕装整个信号。
由采样频率可确定以下参数：
最大频率(奈奎斯特频率)
采样间陷
6信号类型的确定
6.1信号分类法
构成数据的信号可看成是某类现想信号的近似，在本部分，信号采用表1所示的分类法进行分类：信号的类型通带决定了所采用的分析方法。如果方法采用不当，那么得到的结果可能会误导或不确定。适常数据会包含两种信号的混合+例如某个信号可能是一个确定性的，非周期的瞬态信号和一个随机的，平稳的连续信号之和。要确定这两种信号的特性，它们的触发，滤波和处理过程都是非常不同的。后面被描逆的信号的美型决定了信号的调理量化和数据分析方式。如，确定设备的某种机械环境时，首先要对随机非平稳瞬态信号有范分的认识，这样才能利用确定性非尚期屏态信号对设备的机极状态进行实验建模。
表1所示的信号分类法包含了分层决策树，在确定关注信号的特性以及随后的数据分析中需要用到。
表1信号的分类
确定性信号
决策树
信号学间
合适的错变块
同期信号
不妥衡转
子的振动
有效值bZxz.net
6.2确定性信号
齿轮动
有效值
6.2. 1确定性信号的描迷
非同期信号
正弦信号
被动轴承
的振动
有效值
模态试验
中的冲击
响应信号
平稳信号
质轻信号
疏体动态
随机信号
非平移信号
非客商
历经号
多探作状
态下啦气
爱动机的
坑相处车
摘的报动
确定性信号不含有那些与随后捕获的一系列信号一起平-均时结果为零的成分连续
火箭起飞
时的据动
GH/T 29716.1—2013/1SO 18431-1.2005注！确定性信号可以随普时向复出现或只出现一改，确定性信号由一个享件引起，如果这个乎件多次更复发生：那么确定性信号每欢都有相同的表现，这十事件可以是有用的或是无用的。事件在时间上可以是同期性的，连续的或是选冲式的
6.2.2周期信号
6.2.2.1周期信号的描述
周期信号由周期性激励产生1并在随后的信号捕获过程中表现平稳。同时，周期信号在辅获期间不：会随时间发生明显的衰战。
6. 2. 2. 2 正弦信号
正弦信号由单个频率分量组成。该频率分量可用损值和相对于参考基准点的相位来描述。连：正强信号在准落统中道带由正强事件产生，6.2.2.3谐波情号
复杂的周期信号包含了多个谐波分量，每个谐波分量的相位均与某个参考激励信号相关。博里叶级数可应用于此类信号，其最低娱率是信号周期的倒数：周期信号的时间历程可由一系列题率为基频的整数倍的正弦波叠加而成。傅里叶没数包括一个代表平均值的带数，以及系列额率分别为f，2f，“严的正弦项，其中于是基频，是一个有限的整数，由关注的频率范围或所分析的物理现象的性质决定。正弦分量的平均值和帽值由1502041：1990中的A.18中傅叶系数定义里的积分给出。6.2.3非周期信号
6.2,3.1非周期信号的描递
非周期信号有两种类型。一类包含有与谐波无关的频率分量：另一类则随时间就站，6.2.3.2非谐波正弦信号
该类信号包括一个非谐波的频谱成分序列，它们和机器的内部构成有美，如齿轮的传动比是一个有理数而不一定是整数，
该类信导由正弦信号组成，它们的频率不全是基频的整数倍。此类振动由一系列周朔振动登加面成，每一个周期振动包括若干与谐波相关的正弦成分。因周期不存在，故不能用傅里叶级数来表达。如果滤被器的带宽觉比相邻的离散赖率的间随小，则周期的或多正弦的振动数据的离敏频率成分可以通过窄带滤波的方法分离出来，见5.2和5.3。6.2.3.3联态信号
瞬态信号衰减迅速且包有连续分布的频谐成分。这类信号不适合用功率谱密度案描还。6.3随机信号
6.3.1随机信号的描述
随机信号的产生可以有套考激励信号，也可以没有。他们与确定性信号不同+会随者时间或不同的创量而变化。
为进行分析需要一组统计上相互独立的数据块。G
6.3.2平检信号
6. 3.2. 1平意后号的描速
GB/T29716.1—2013/IS0 18431-1:2005平稳信号具有不随时间改变的统计特征。固此它们不随时间增大或减小，6.3.2.2咨慈历经信号
各态历经信号所具有的统计特性，允许以时间平均代替集合平均来获得。6.3.2.3非各态历经信号
非各态历经信号所具有的统计特性+必须通过多次实验来获得例：机器之间可能存在某些统计变量，需要通过对一系列机器所产生的关注的信号进行测量平均来表征。对单台机器获取的信号进行时间平均，并不能获得那些有意义的由多台机器所产生的统计平均值
6. 3.3 非平稳信号
6.3.3.1非平稳信号的猫述
非平稳信号具有与时间相关的统计特性。6.3.3.2连续信号
连续的非平稳随机信号必须还过统计特性来描述，其统计特性是时问的函数。由于信号是连续的，因此必须用功率谐来表适，
6.3.3.3瞬您信号
瞬态的非平稳随机信号必须通过时间函数的统计特性来描违。有限时长的信号应采用能至谱来表达：
这种信号可以由里叶频谱来表征，它是频率的连续函数，也就是说所有的额率在频谱上都是存在的并且定义了循值和相位随频率的分布，这类似于博里叶级数用来描述假设周期任意长的数据。因此，赖率项的分布是任意近的。7信号分析
7.1信号预处理
7.1.1信号预处理的目的
信号是一组样本序列），0（N一1)，其中（)表示在架样时刻所测量到的机械系统的物理量。随机信导0N一1)，I一1，由I个统计独的数据集组成，记录的信号可在时域中作为时间举本的函数来分析，也可作为频赖率样本的函数或时间和频率两者的函数来分析，对于随机的或确定性的信号，信号分析的目的是确定所测量的机械过程的在行为或者原因。在对信号进行处理并产生时域结果之前，数字信号通带需要进行预处理，用线性滤波器去除不暨要的窄带或者带外噪声。该过程可通过傅里叶变换来进行。7.1.2傅里叶变搬
时域中具有物班单位的数据样本序列工（），可通过离龄傅单叶变换公式变换到瓶域中。公式GB/T: 29716.1—2013/1SO 18431-1;2005在本部分中的定义见式(1)，
（）a
式（1)与[SO2041中的注续悔星叶变的定义相近。注意X的单位是U/Hz，对于瞬态信号则是U·s.
离散博里叶逆变换也与连续的傅里叶逆变换相似，在本部分中定义见式（2)：xme
数据通常加上窗函数以减少在为=0和N一1处不连续的影响。这些衡函数在时或中定义为(n)，应用到前面的变换中成为
wn)(n5
注；以上的傅里叶变换的定文与其他一些数学描不同，那指描述改有包含壁换的参量的单位。在样本数N和采样额率了，确定后，以下相关参数便可确定：总时间
顺率分率
如果频率分辨率于寄要比荣个值小，那么必须增加V或者减小了，以得到必要的分辨率。7.1.3信号滤波
时域信号用低通.高通、带通或带阻滤被器来滤波。7.2时域分析
7.2.1适合的分析数据
--（3)
时域分析可以在所记录的报动的时间历程上进行，或用适当带宽的滤波器进行滤波以提高信噪比后。
7.2.2幅值分析
此分析的目的是用来确定振动器值随时间变化的两数，确定性非同期解态线性信号可以用时间函数米推述，其物现单位是U，信号的辐值|（n）或信号幅值的平方|工（n）”可以用相应的时间函数来播述，物理单位分别是U和U。
7.2.3统计分析
统计分析的目的
7. 2. 3. 1
进行随机数据的统计分析是为了确定信号的各种时间函数的统计特性。7.2.3.2分布函数分析
瞬时值分析的目的是确定累识分布菌数或者振动数据的瞬时值的概率密度函数。任意水平L，下的累积分布函数是通过测量不超过此水平的时间样本的百分比来获得的。两个水平上，和工：间的概率密度函数通过测量位于L，和L间瞬时值的时间的百分比来获得。7.2.3,3矩分析
一个随机的时域信号可以道过它的矩来描述，一阶统计矩通常称为平均值。平均值的定义为：
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