一种多测点变工况倍频程快速处理方法

    0 引言

    倍频程谱是根据人耳对声音的响应特性构造的一种频域分析方法, 具有谱线少频带宽的特点,广泛应用于声学信号的分析处理[1]。声音来源于振动, 二者之间有很好的相关性, 因此频程谱也常用于环境振动的测量分析与评估[2-4]。此外, 针对在工业现场难以直接使用噪声测量仪器来测试机器的噪声, 一些学者开展了“以振代声”的研究,将倍频程谱引入到机电设备的监测诊断领域, 取得较好的应用效果[5-6]。目前倍频程处理已成为各类商用振动噪声分析软件必不可少的功能。

    大型变工况振动噪声试验(比如船用发动机、飞机发动机、鱼雷动力装置的振动噪声试验)通常需要连续采集几十甚至几百个测点的多工况数据,对每个测点的数据按照工况进行倍频程处理是评估被测对象振动噪声水平的最常用手段之一。目前的商用振动噪声分析软件只具备单测点单工况/多测点单工况倍频程处理功能, 用其处理多测点变工况振动噪声数据十分费时耗力: 从计算角度而言, 每计算一种工况条件下的倍频程谱就必须修改一次参数设置, 对整个试验过程数据的处理就需要多次中断计算过程修改参数设置; 从结果输出而言, 每次只能将一种工况对应的倍频程计算结果输出到文件中, 要得到满足统计要求(根据试验流程将相同工况对应的振级序列排列在一的数据, 非常繁琐且易出错。

    为了弥补传统的倍频程分析方法在实际工程应用中的不足, 本文提出了一种多测点变工况振动噪声试验数据的倍频程快速处理方法, 通过将性能参数和振动参数有效融合, 实现了输入和输出均一次完成, 大大减少了数据处理时间, 降低了工作强度, 并可挖掘出更多的有用信息。

    1 单测点单工况倍频程谱算法

    倍频程谱实际上是频域分析中频率的一种相对尺度, 由一系列频率点以及对应这些频率点附近频带内信号的有效值所构成。单测点单工况倍频程谱算法[7]如下。

    对信号x ( t )进行 FFT 变换得到对应的频域曲线X ( f ), 则时间段[ 0,T ]内的功率谱密度

    则1/n 倍频程在中心频率为cf 的第 h 频段[ ,]L Hf f 内数据的平均值为

    式中, W 为第 h 频段内的谱线个数。

   fc 取国际标准化组织 ISO 推荐的标准值,Lf 和Hf 根据下式计算

    工程中通常使用级值表示倍频程的频带能量, 若0a 为零分贝基准值, 则ha 的级值

    计算不同频段振级可得到以中心频率为横坐标, 中心频率对应级值为纵坐标的倍频程谱。

    2 多测点变工况倍频程快速处理算法

    机电设备变工况振动噪声测试过程中, 除了测量不同位置和方向的振动噪声, 还测量变工况运行过程中的性能参数(含工况参数), 二者是紧密联系在一起的。传统的倍频程分析技术无法将这两种信息有效融合, 因而无法实现变工况倍频程的批处理和统计处理, 并且处理结果不含任何性能信息。为了将振动参数和性能参数进行有效融合, 构造了如图 1 所示的多测点变工况振动噪声数据倍频程分析流程, 具体算法如下。