利用声卡进行振动信号采集和分析研究

论文摘要

振动信号采集和分析是将振动理论应用于工程实际的重要基础,结构的振动特性可由其产生的振动信号分析得到。目前振动信号采集和发生系统大多以Σ?Δ型ADC和DAC为核心,而声卡的核心部件也是Σ?Δ型ADC和DAC,并且声卡几乎是个人计算机的必备部件,因此研究用声卡进行振动信号采集和生成具有十分重要的实用价值。本论文的主要贡献有:1.总结了振动信号采集与处理的基本理论和方法,给出了三种激励方式下,频响函数的测试方法以及各自的特点;2.详细分析了声卡采集系统的硬件配置方式和Windows系统音频属性,得到了利用声卡进行振动信号采集或生成必须的软、硬件设置方式;3.根据信号分析理论,推导了基于Σ?Δ型ADC在信号采集时对抗混滤波器的性能要求,并给出了一种抗混滤波器设计方法;4.运用LabVIEW编制了基于声卡的振动信号采集、生成、监测和记录软件包,解决了触发、标定、采样率设定、采样点数、低频衰减等相关问题,该软件包可直接在含有声卡且基于Windows操作系统的PC机上安装使用;5.对开发完成的基于声卡的振动信号采集与生成系统进行了实际结构频响函数测试实验,并与Agilent 35670A的测试结果进行了对比,验证了所开发系统的有效性。本论文开发完成的基于声卡的振动信号采集与生成系统可直接应用于精度要求不高场合下振动与声信号波形显示、任意信号发生、振动与声信号记录与监测,大大节省专用仪器的投资费用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外的发展状况
• 1.2.1 国外研究成果
• 1.2.2 国内进展
• 1.3 利用声卡进行振动信号数据采集和分析的意义
• 1.4 本文关注的问题及论文的结构安排
• 第二章 振动信号处理理论
• 2.1 振动信号的数字处理
• 2.1.1 采样
• 2.1.2 离散Fourier 变换
• 2.1.3 泄漏
• 2.1.4 窗函数
• 2.2 频响函数的测试
• 2.2.1 正弦扫频法
• 2.2.2 锤击法
• 2.2.3 随机法
• 2.3 本章小结
• 第三章 采集系统硬件系统设计
• 3.1 系统硬件
• 3.2 Windows 系统设置
• 3.3 仪器连接
• 3.4 抗混滤波器设计
• 3.4.1 过采样
• 3.4.2 噪声整形
• 3.4.3 数字滤波和抽取
• 3.4.4 满足 Σ-Δ模数转换器要求的抗混滤波器设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于 LabVIEW 的数据采集软件系统设计
• 4.1 虚拟仪器与 LabVIEW
• 4.1.1 虚拟仪器
• 4.1.2 LabVIEW
• 4.1.3 LabVIEW 程序结构
• 4.2 音频函数
• 4.2.1 音频函数
• 4.2.2 音频采集函数的重新封装
• 4.3 采样设置
• 4.3.1 触发原理
• 4.3.2 采样频率和采样点数
• 4.4 低频信号处理
• 4.5 数据采集系统软件设计
• 4.5.1 力锤激励
• 4.5.2 正弦扫频信号时的软件系统设计思想
• 4.5.3 随机信号激励实验程序设计思路和特点
• 4.5.4 状态机编程结构
• 4.5.5 创建应用程序
• 4.6 本章小结
• 第五章 实验和实用产品
• 5.1 声卡标定和频响函数
• 5.1.1 声卡标定
• 5.1.2 声卡的频响函数
• 5.2 结构频响函数实验
• 5.2.1 力锤激励
• 5.2.2 正弦扫频信号激励
• 5.2.3 随机信号激励
• 5.3 基于声卡的信号发生器设计
• 5.4 基于声卡的信号监测和发生产品
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结及展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文