階次分析

在對信號進行分析時，最常采用的是fft分析，Fft分析對于穩態信號具有較好的效果。但是對于非穩態信號，便需要進行階次分析。FFT頻譜基于頻率，階次跟蹤則是基于階次。階次描述的是基頻或實際轉速的整數倍。通過這種方法，用戶可以將頻率、發動機轉速和結構關聯部分對應起來。

一、方法及原理介紹

   階次分析需要兩個信號，振動信號和轉速信號。這兩個信號在時域上同步采樣，相關計算，根據計算方法不同，階次分析有兩種主要方法，基于階次譜的階次跟蹤分析法和基于頻譜的fft分析法。

1、階次跟蹤分析法

階次跟蹤分析法主要是采用等角度采樣信號，即同步采樣信號，保證在信號每一周期內都保持同樣的采樣點數。通過等角度采樣的非穩態信號在角度域是穩態信號，再對角度域穩態信號進行FFT變換則可以得到清晰的圖譜，即階次譜。

等角度采樣的實現是階次跟蹤分析的主要難題，有兩種方法實現等角度采樣：轉速脈沖觸發采樣和等時重采樣。

轉速脈沖觸發采樣是通過嚴格的轉速脈沖觸發采樣。在要分析的發動機上固定轉速盤，發動機每旋轉一定角度，轉速表從固定盤獲取上脈沖信號，同時觸發振動采樣。此種方法能實現嚴格的同步觸發，但實際操作存在困難。根據奈奎斯特定律，信號的采樣頻率必須是分析頻率的兩倍以上。假設我們要進行32階的階次譜，則至少需要64個以上的觸發信號。對較小的轉速盤進行64等份，再保證轉速測量比較難實現。

等時重采樣有兩個采樣過程。第一個過程是等時間間隔采樣過程，對原始的噪聲或振動信號和轉速脈沖信號分兩路以恒定的采樣率進行等時間間隔采樣，得到同步采樣信號。等時采樣時，采樣率一般比較高。第二個過程是插值重采樣過程，根據轉速脈沖序列計算等角度采樣發生的時刻序列，在等角度采樣時刻附近的時間區間內對同步采樣的原始噪聲信號進行插值重采樣，從而得到階次分析所需的角度域穩態信號。通過插值法可減少轉速觸發，但插值不能保證嚴格的轉速同步，對測量精度存在影響。

2、fft分析法

Fft分析法的采樣過程與等時重采樣的第一個過程相同，使用較高采樣率同步對噪聲或振動信號和轉速脈沖信號進行等時間間隔采樣。采樣后同時對兩路信號進行常規fft分析，在轉速通道實時獲取轉速，通過此轉速則可在噪聲或振動通道確定基頻，通過諧波分析則可獲取階次譜。此種方法避免了插值法不均勻插值帶來的影響，但測量精度受轉速變化率影響較大，

二、實際測量

    我公司的AWA6290型信號分析儀分別使用階次跟蹤分析法和fft分析法對階次分析進行了研究，基于fft分析法的實際操作方便性，推薦使用fft分析法進行階次測量。通過簡單的設置便可進行專業的測量分析，可以直接得到轉速—時間、階次-時間、階次-轉速之間的曲線圖，用戶可選擇二維或三維圖譜顯示頻譜結果。測量數據得到客戶的認可。