[发明专利]一种超低频振动参数量值的快速测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超低频振动参数量值的快速测量方法及装置，属于力学测量技术领域。

背景技术

振动是自然界里一个极为基本的物理现象，振动测量技术是力学计量测试领域的基本技术之一，意义重大且影响深远。很多应用场合的测量需要获取速度、位移、加速度量值，这类传感器大多是通过振动测量的方式进行校准和标定的，力学领域里影响深远的材料疲劳特性试验、飞机等大型装备的定寿命试验等均是通过振动及其测量方式实现的。其它如地震监测、石油勘探、核试验监测等很多场合需要使用振动测量手段。

描述振动的物理量通常使用位移、速度、加速度三种之一进行，三者既有区别又互相联系，并有确定函数关系，速度是位移的微分变量，而加速度则是速度的微分变量。振动测量所关心的最终结果主要是振动幅度、振动频率以及振动相位延迟，其它参数如振动波形失真、振动漂移等则属于辅助参数。

振动测量中，数学表述均使用正弦波表示，其幅度、频率等参数量值的确定通常需要多个振动波形周期，在绝大多数情况下，都能获得很好的效果，但是在面对超低频振动测量时，表现出测量响应时间过长的难题。例如，用于地震监测技术中的超低频振动台，其振动周期为1000s，一个周期波形产生需要相当长的时间，按照传统的振动测量方法，在这样长的时间里，测量系统无法获取有关振动的参数信息，仅仅可测量获得一段振动波形而已。这也导致很难快速获得超低频振动的幅度和频率等信息，振动幅度和频率等参数量值的测量值的实时刷新很难实现。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的局陷，提出一种超低频振动参数量值的快速测量方法及装置，以虚拟仪器的方式在超低频正弦振动测量过程中实现振动幅度和频率等参数量值的快速测量，其核心思路是使用少于一个波形周期的正弦振动波形(例如十分之一个波形周期)获取振动信号的幅度和频率等参数量值。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种超低频振动参数量值的快速测量方法，具体包括以下步骤：

1)利用振动传感设备将表征超低频振动的位移、速度或者加速度物理信号转变成电信号波形；

2)利用数据采集系统，将步骤1)所述电信号波形转换成表征振动信号波形的波形数据序列y_i，其中i表示数据序列中采样点序号且i＝1，2，…，n，n为数据序列的长度，再将数据序列y_i送给计算机数据处理设备；

3)计算机数据处理设备对输入的数字序列进行正弦波拟合，获得拟合正弦振动波形的幅度角频率和初始相位具体为：

3.1对正弦振动波形信号进行数学描述，为

其中，A为正弦振动波形的幅值，f为正弦振动波形的频率，为正弦振动波形的初始相位；

对步骤2)中输入到计算机数据处理设备的波形数据序列y_i进行数学描述，为

y_i＝y(t_i)＝y((i-1)·Δτ)，i＝1，2，…，n

其中Δτ为采样时间间隔且Δτ＝1/v；

3.2计算机数据处理设备对波形数据序列y_i(i＝1，2，…，n)进行正弦波形四参数拟合，获得拟合信号：

其中，为正弦振动波形的幅度拟合值，为正弦振动波形的角频率拟合值，为正弦振动波形的初始相位拟合值，为正弦振动波形的直流分量值拟合值；

正弦振动波形频率拟合值为：

f^=ω^·v2π]]>

4)根据步骤3)的拟合处理结果，以虚拟仪器方式显示超低频振动参数。

上述步骤3.2中进行正弦波形四参数拟合的过程为：