动态信号分析仪(Dynamic Signal Analyzer,DSA)是集信号采集、处理与分析功能于一体的现代化测试仪器,广泛应用于机械振动、声学测量、旋转机械监控及控制系统评估等领域。其核心价值在于将时域信号转化为频域信息,通过快速傅里叶变换(FFT)技术实现信号的频谱分析、模态识别及故障诊断。
其仪器主要由信号调理、高分辨采集、数字信号处理及控制显示模块构成。信号调理模块通过抗混叠低通滤波器和增益控制优化输入信号;数字信号处理模块基于FFT算法实现功率谱、阶次谱、频响函数及相干性分析。例如,在汽车发动机振动分析中,可通过阶次跟踪功能识别非稳态转速下的故障特征频率;在声学测试中,倍频程分析可量化噪声频段的能量分布。
一、测试前准备
明确测试目标
确定测试目的:如频谱分析、模态测试、阶次分析、传递函数测量、长期监测等。
确定待测信号类型:振动(加速度/速度/位移)、声压、力、应变、转速等。
准备测试设备
动态信号分析仪主机(及配套软件)。
传感器:根据信号类型选择合适的传感器(如压电加速度计、麦克风、力传感器、转速传感器)。
传感器线缆:确保长度合适、屏蔽良好。
电源:确保分析仪和传感器(如IEPE传感器)供电正常。
安装工具:磁座、螺钉、蜂蜡、胶水等(用于固定传感器)。
辅助设备:激励设备(如力锤、激振器,用于模态测试)、校准器(如振动校准器)。
检查与校准
检查所有设备外观是否完好,线缆有无破损。
使用校准器对传感器进行现场校准,确保测量精度。
检查分析仪电池电量或电源连接。
二、硬件连接
安装传感器
根据测试点位置和要求,用合适方式(磁吸、螺钉固定、蜂蜡粘接等)将传感器牢固安装在被测物体上。
确保安装面平整、清洁,接触良好。
对于多点测试,规划好传感器布局。
连接线缆
将传感器线缆连接到动态信号分析仪的输入通道。
注意通道对应关系:记录每个传感器连接的通道编号(如Ch1,Ch2...)。
对于IEPE传感器:确保分析仪通道设置为IEPE模式,并开启恒流源供电(通常2-4mA)。
对于电荷传感器:需连接电荷放大器,再将放大器输出接入分析仪电压输入。
连接转速传感器(如光电/磁电式)到专用转速输入通道或模拟输入通道。
系统接地
确保分析仪和被测设备良好接地,减少电磁干扰。
三、软件设置与配置
启动软件
打开动态信号分析仪主机和计算机,启动配套分析软件(如LMS Test.Lab,Dewesoft,Siemens Testlab,或厂商专用软件)。
创建新项目/任务
在软件中新建一个测试项目,命名并保存。
配置通道参数
通道设置:为每个输入通道配置以下参数:
传感器类型:选择加速度计、麦克风等。
灵敏度:输入传感器的灵敏度值(如10 mV/g,50 mV/Pa),软件将自动将电压信号转换为工程单位(如m/s²,Pa)。
单位:设置测量单位(g,m/s²,mm/s,Pa等)。
输入模式:选择电压、IEPE、电荷等。
量程(Range):根据预期信号大小选择合适的量程,避免削波或分辨率不足。
高通/低通滤波:设置抗混叠滤波器和必要滤波。
转速通道:配置转速信号的类型(脉冲、正弦)和每转脉冲数。
设置分析参数
采样率(Sample Rate):根据奈奎斯特采样定理,通常设置为最高关注频率的2.56倍以上。
分析频率范围(Frequency Range):设定FFT分析的上限频率。
谱线数(Line)或分辨率:如400-line,1600-line。谱线数越多,频率分辨率越高。
窗函数(Window):根据信号特性选择(如汉宁窗用于普通振动,平顶窗用于幅值测量,矩形窗用于瞬态信号)。
平均方式:选择线性平均、指数平均或峰值保持,以改善信噪比。
平均次数:设置信号平均的次数。
设置触发与采集模式
触发源:选择自由运行、模拟触发、数字触发或外部触发。
采集模式:连续采集、瞬态采集、同步采集等。
记录时长:设置单次采集的时间长度或总记录时间。
四、预测试与信号检查
实时监测
开启实时数据显示(时域波形、频谱图)。
让被测设备在正常工况下运行。
检查信号质量
观察各通道信号是否正常:有无信号、是否超量程(削波)、噪声水平是否过高。
检查转速信号是否稳定。
根据观察结果,调整传感器位置、量程或分析参数。
五、正式数据采集
启动采集
确认所有设置无误后,点击软件中的“开始采集”或“运行”按钮。
确保被测设备处于目标工况(如特定转速、负载)。
监控采集过程
实时观察信号和分析结果。
留意有无异常振动或噪声。
停止采集
达到预定采集时间或完成测试后,点击“停止”按钮。
保存当前数据块。
六、数据分析
查看结果
时域图:观察信号波形、峰值、RMS值。
频谱图(FFT):识别主要频率成分、谐波、边带等。
阶次谱(如使用转速):分析与转速相关的振动成分。
瀑布图/坎贝尔图:观察频率随转速变化的轨迹,用于旋转机械故障诊断。
相干函数:判断输入(激励)与输出(响应)之间的线性关系。
传递函数/频响函数(FRF):用于模态分析。
执行特定分析
根据测试目标,进行模态参数识别、包络分析、阶次跟踪、统计分析等。
数据导出
将关键数据或图表导出为图像(PNG,JPG)或数据文件(CSV,TXT,UNV)。
七、测试后操作
关闭系统
停止软件采集,关闭分析软件。
关闭动态信号分析仪主机电源。
拆除设备
小心拆下传感器和线缆。
清洁传感器和安装面,妥善存放。
数据整理与报告
整理测试数据,撰写测试报告,包含测试条件、设置参数、分析结果和结论。
仪器维护
清洁仪器表面,检查线缆,定期进行系统校准。