隨時間變化的overall level
振動噪聲分析中一個常見的問題是得到信號作為時間函數的overall level(總振級或總聲級)。Overall level用于衡量信號中的總動態能量。它不包括信號中直流分量(DC)的能量,直流分量實際上就是信號的平均值。Overall level經常寬泛地看作是信號的有效值(RMS)。然而,RMS level的正式定義是包含DC level和dynamic energy level(動態量級)的。如果只包括動態部分的貢獻,那么衡量的標準,嚴格說來,應該是標準差(Standard Deviation, SD)。有時稱SD為動態的RMS是非常有用的。
類似于DC level(平均值)是衡量信號中的潛在能量(Potential Energy),標準差SD是衡量動能的,RMS是衡量信號中的總能量。在數學上,RMS的定義為:
RMS^2=DC^2+SD^2
顯然,如果信號的平均值為零,或者平均值趨于零,那么DC(直流分量)部分是零,其標準差SD和有效值RMS是相同的。
引起Overall level和動態RMS(SD)混淆的另一個常見原因是Overall level通常用dB的方式表示,而動態RMS通常用信號的物理單位表示。比如,一個音頻信號的Overall level假設為94dB,而對于音頻信號而言,dB的參考基準是2*10-5Pa,94dB的Overall level對應的動態RMS值為1.002374Pa,通常對于實際的應用也可認為是1Pa。
有幾種方法計算動態RMS值或Overall level。其中最簡單最有效的一種方法是使用趨勢分析選項。這有兩個適用的趨勢選項,即RMS和標準差SD。通常情況下,“標準差”選項是適用的,因為在振動和噪聲分析中只關心動態能量。
趨勢評估分析一般有三個參數。前兩個參數是‘積分長度’和‘輸出步長’。第三個參數是個獨立的參量,可以選擇‘獨立單元’或者‘點’,而這個參數是用于怎樣解釋前兩個參數。如果你選擇‘獨立單元’,那么我們將處理時間歷程,那么前兩個參數的單位將被指定是秒。通常對于振動和噪聲信號合適的積分長度是0.5s,輸出步長是0.1s。使用這些值計算Overall level的第一個0.5s是從0到0.5s,然后下一個0.1s的輸出步長則計算0.1到0.6s。然后重復,直到到達信號的末端。這種計算方法通常被稱為“跳槽”方式,計算時,從一節跳到下一節,不連續。
計算Overall level的關鍵參數是選擇‘積分長度’。積分長度太長會光滑時空變化,而太短曲線會不太光滑。一種選擇積分長度的有效方法是通常對信號作頻譜分析,考慮頻率分辨率。頻率分辨率與積分長度成反比。也就是說,如果合適的頻率分辨率是5Hz,那么積分長度應該是1/5=0.2s。選擇‘輸出步長’通常比較簡單。典型做法是,如果積分長度是T,那么用T/5作為輸出步長,是一個不錯的起始選擇。
作為例子,考慮典型發動機的加速運轉信號,如圖1所示。使用0.5s的積分長度和0.1s的輸出步長作趨勢(標準差)分析,結果如下所示。圖2是用dB表示的Overall level,圖3是Overall level與時間歷程重疊。

圖3 線性Overall疊加在時間歷程上
以上說的是時域計算OA的方法,但在LMS Test.Lab中不是采用時域方法,而是頻域方法。其計算的基本思路是:計算每個瞬時譜下面的總RMS,然后將所有瞬時譜下的總RMS值聯成曲線,這就是OA曲線。
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