第一篇：造紙機械監測教學實驗造紙機械狀態信號采集與系統分析實驗報告

造紙機械狀態信號采集與系統分析

實驗報告

實驗名稱：造紙機械狀態信號采集與系統分析

學生姓名：

班

級： 學

號：

實驗時間：2015 年 1月 15日

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

教 學 實 驗 綱 要

第一部分

實驗簡介

一、實驗名稱

造紙機械狀態信號采集與系統分析

二、實驗目的

1、課程情況：

制漿造紙裝備狀態監測與故障監測學是現代化造紙機械運行和管理必不可少的新的技術理論，是制漿造紙裝備與控制專業本科(專科)、輕化工程高職本科必修的一門專業基礎課，也是制漿造紙工藝本科、其它專業的選修課。

2、實驗目的、意義

(1)(綜合)設計型實驗教學方案，使學生一方面變被動為主動，將課堂上理論性較強的、甚至抽象的內容通過主動設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、鞏固課堂內容；

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

三、實驗內容

㈠CRAS信號與振動分析系統原理與應用實驗（4學時）

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

2、掌握CRAS軟件分析系統的基本使用方法；

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)實時數據采集和顯示。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又可在模擬轉子上以不同轉速和模軸承上不同轉速實驗分析）

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

㈡ 造紙機械典型狀態信號采集與分析處理綜合實驗（12學時）

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(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數據采集卡 ⑴

QLl08R數據采集箱一臺，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

(1)ADCRAS數據采集軟件；

(2)SSCRAS信號與系統分析軟件；(3)MACRAS機械模態分析軟件；

4、ZT-3型轉子振動模擬試驗臺

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。

響應傳遞函數：H(f)=A(t)／F(f)

H(f)取決于測力錘強度及脈沖脈寬、被測物件內在結構特征（響應輸出）。② 結構

圖1 測力錘結構示意圖

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主要結構

石英晶體片

1、導電片

2、傳力板

3、外殼

4、插芯

5、插座6為圓環形。

圖4 5100傳感器結構原理圖

②工作原理

a、石英晶體片特征為當受均勻外力時，其表面產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形承壓面上時，石英晶體片表面產生與外力成正比的電荷由導電片接收，傳到插芯，通過連接導線連到電荷放大器，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IMI加速度計（傳感器）原理：

①壓阻式加速度傳感器實質是一個力傳感器：F＝ma

②利用硅的壓阻效應

固體材料在應力作用下發生形變時，其電阻率發生變化，這種效應稱壓阻效應。

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

4、OL-108R數據采集箱 A、功能：

⑴QL-108R是集A／D轉換、信號輸入為一體的數據采集接口裝置。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自帶信號發生器，可以產生一個200Hz、峰峰值4V的標準正弦波以供測

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(采集OR打印)；

⑶用標準電纜將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 ①采集分析

計算機開機——按下QL-108R前面板上電源開關，處于開機狀態

面板上撥動開關至采集——進入CRAS系統子目錄，運行具體子程序——采集分析數據。

②數據報告打印

在后面板上撥動開關至打印——選擇數據或圖形——打印——打印先后

在后面板上撥動開關至采集方可繼續運行程序。

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、電壓放大轉速整形為一體并有去直

流分量的功能。自帶簡易信號發生器。

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／電壓轉換。

⑶電壓輸入：將不同物理量經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轉速整形電路：由面板BNC插座輸出TTL電平脈沖。

⑹信號發生器：

B、結構使用：

． 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 無論電荷或電壓經放大后均由此端口輸出。⑤放大增益——一組琴鍵開關表示

×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，信號發生器，三芯插座連傳感器。⑵使用

電荷聯線的正確聯接、Q／V開關的正確位置、Vout到后板連線。插拔時應斷。

6、ZT-3型轉子振動模擬試驗臺

本實驗臺是由東南大學測試儀器廠設計制造的。ZT-3型是由產品代號（ZT）+跨數組成。

試驗臺長1200mm，寬108mm，高145mm，質量約45kg。

轉軸直徑均為Ф9.5mm，有兩種長度規格：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。

共配有六只轉子，分為兩種規格：Ф76×25mm和Ф76×19mm，質量分別為800g和600g，可根據實驗需要選用。

配有剛性聯軸節和半撓性聯軸節供選用。

⑴技術參數

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，按調速器面板所標接線，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、橙色導線區分。

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

注意：每次啟動前都要把調壓器左旋到零位，即保證電樞電流從零開始往上調，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，電源指示燈亮，微動調壓器，電流表即有指示，負載較小時，轉子即會轉動。升速時必須平滑地轉動調壓器旋鈕，開始升得較慢，調壓器轉到某一位置后升速較快，這時必須注意要更平穩、緩慢地轉動調壓器，以保證瞬時電流不致過大。

降速時，同樣要注意平緩，在高速狀態停機，應通過平穩降速過程再切斷電源，否則電機承受沖擊較大。

實驗室如無轉速表，可參照轉子的I=f（n）或u=f（n）曲線（見圖10），由電流或電壓值算得對應的轉速。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設計制造的，適用于：22210Ck＼w33、61910、22317CAlw33三種型號的滾動軸承模擬故障實驗。可以測試不同轉速(0～3000 實驗臺的結構

本試驗臺由：驅動電機、傳動軸、支撐箱體、軸承座、頂尖、加載電機構成。結構緊湊、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、依次通電啟動調試；

4、采集信號，記錄存盤；

首先進入AdCras數據采集及處理系統，點擊“作業”按紐，隨即顯示作業路徑，將其存在D：ｘｘｘｘｘ中，選擇“二通道”。

然后對參數進行設置，點擊“參數設置”，采樣頻率設為256Hz；通道標記為Ch01、Ch02；塊數選為2；觸發參數設置為自由運行；，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“數據采集”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，采樣結束后系統自動停止采樣，同時要停止敲擊測力錘。采樣結束存盤后，關閉AdCras數據采集及處理系統，同時進入SsCras信號與系統分析系統，將在AdCras數據采集及處理系統中采集到的信號調出，并進行處理。

將處理結果記錄、存盤。

5、回放、分析信號，記錄圖形(各種分析圖)，標定特征數據；

六、實驗現象、問題、結果與描述；

（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：造紙機軸承監測診斷、轉子系統振動監測、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、烘缸操作側振動頻譜、齒輪嚙合頻譜、齒輪 磨損頻譜等。

圖 3 自相關圖 自相關函數：指用以描述信號自身的相似程度

自相關函數列表

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

圖 4 互相關圖

互相關函數：指用以描述兩個信號之間的相似程度或相關性

互相關函數列表

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

圖 5 波譜圖

（二）、實驗現象、實驗問題描述

1、實驗現象：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學表達式描述，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，是因為縱坐標范圍太大，應適當調節Y +和Y-使范圍符合直到出現清晰的波形圖。

七、小結(收獲與體會與建議)這個學期我們學習了造紙機械狀態監診學這門課程，它是一門綜合應用相關課程的知識和內容來解決科研、生產、國防建設乃至人類生活所面臨的測試問題的課程。涉及到監診方法的分類和選擇，傳感器的選擇、標定、安裝及信號獲取，信號調理、變換、信號分析和特征識別、診斷等。通過造紙機械狀態監診學實驗，我學到了好多課本上學不到的知識體系，第一次把理論和實踐進行了結合，深刻地理解了實踐的重要性和必要性。培養了我們創新思維能力，綜合運用所學科學理論、分析和解決問題方法和技術手段分析并解決制漿造紙工程實際問題的能力。通過實驗的學習，使我們獲得了造紙工程師的基本訓練，將我們培養成“有創意、能創新、善創業”、有較強實驗操作能力的工程技術人才。同時也提高了我對制漿造紙裝備與 控制專業的專業素養。下面請允許我從以下幾個方面談談我的一些收獲和體會。“現代造紙機械狀態監測與故障監測”是現代化造紙機運行和管理必不可少的新技術理論，是制漿造紙 11 裝備與控制專業本科必修、制漿造紙工藝本科專業選修的一門專業基礎課。因此，相應的實驗課是一門專業基礎實驗課。它將課堂上理論性較強的、甚至抽象的內容通 過實驗課具體的演示表達出來，使學生一方面可以深化理解、鞏固課堂內容，另一方面可以 在實驗中了解“制漿造紙裝備狀態監測與故障監測”的一些基本應用原理和方法。

第二篇：實驗一 時域離散信號與系統分析(實驗報告)-2015

《數字信號處理》 實驗報告

學院

專業 電子信息工程

班級

姓名

學號

時間

實驗一

時域離散信號與系統分析

一、實驗目的

1、熟悉連續信號經理想采樣后的頻譜變化關系，加深對時域采樣定理的理解。

2、熟悉時域離散系統的時域特性，利用卷積方法觀察分析系統的時域特性。

3、學會離散信號及系統響應的頻域分析。

4、學會時域離散信號的MATLAB編程和繪圖。

5、學會利用MATLAB進行時域離散系統的頻率特性分析。

二、實驗內容

1、序列的產生（用Matlab編程實現下列序列（數組），并用stem語句繪出桿圖。（要求標注橫軸、縱軸和標題）

（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 復指數序列的 模 圖1.4 復指數序列的 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 復合正弦實數序列

（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，名為stepshf（n0，n1，n2）實現單位階躍序列u[n－n1]。其中位移點數n1在起點n0和終點n2之間任意可選。自選3個入口參數產生桿圖。

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 連續信號x(t)的波形圖及頻譜圖

（2）對于連續信號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.觀察是否有頻譜混疊現象。

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、系統的單位脈沖響應

求以下差分方程所描述的系統的單位脈沖響應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 離散系統單位脈沖響應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 系統幅頻特性 圖5.2系統相頻特性

三、回答思考題內容

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

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