动态采集系统在振动测量系统中的应用研究

零点漂移严重影响数据处理结果，它改变数据的统计特征值如均方根值，零点漂移本身又可看作一虚假直流分量，在零频处产生谱峰。零点漂移信号如果只是零点按常数偏离基线，在试验数据处理中很容易去除。因为振动信号中心电平一般设置归零，此时零点漂移信号x＇(t)可以写成真实信号x(t)加一固定常数a的形式：

式中：a为零点漂移幅度。

在测量振动数据中如果发现此类零点漂移现象，可以先求得的x＇(t)平均值：

对于实际测得的振动信号数据x(t)的均值为零，所以可以得到：

求出a以后，从获得的数据中减去该值就得到了真实信号，这就是传统的基线调零方法。需要注意的是，实际试验条件下，获得的振动信号在整个时程上的振幅可能并不严格对称，也就是说真实信号x(t)的均值有可能不严格满足等于零的条件，此时，需要对基线调零后的数据在时间历程曲线上进行目测，或者采用后面介绍的分段平均法进行处理。

除了零点按常数偏离基线的零点漂移现象外，有时在信号中还存在一种阶跃型零漂现象，阶跃型零点漂移与趋势项非常相似，但是不能按照去除趋势项的方法将其去除。阶跃型零点漂移现象还可以看作常数零漂的分段组合，也就是说在一次信号采集中，一路振动信号在不同的时间范围内产生不同常数值的多次零点漂移，产生这种现象的原因可能是传感器在数据采集过程中由于承受外界载荷或环境的动态变化导致了传感器参数的变化。如果从数学角度上讲，相当于一个非周期的方波信号在真实信号上的叠加。

作为叠加在信号中的非周期方波信号，不容易提取，主要是由非周期方波变化的不确定性造成的。对于不规则零点漂移现象，不仅仅影响信号时域处理中的统计参数，在频域中除增加零频分量影响低频处理结果，由于不连续的阶跃变化，还将在信号频谱分析中产生虚假的高频分量，此时仅仅依靠频域滤波去除虚假频率成分也是非常困难的。因此在挑选振动传感器时必须关注信号中的零点漂移现象，并选择零点漂移小的效果不明显的传感器作为试验用传感器。

通过以上分析可知，传感器的敲击检查应是传感器优化选择的一种重要手段，通过该方法不仅可以选出性能优良的传感器，还可以检测振动传感器的零漂大小，另一方面可以看出传感器可靠性能下降时，其表现出来的图形不尽相同，其不同的可靠性能指标可以通过记录下来的敲击波形来考察。

3.2 传感器通道检测方法

目前振动传感器通道检查采用方法为：安装完传感器后对各测振块进行敲击以确定各传感器通道是否异常。此方法简便有效，但在实际操作过程中，由于某些重要参数测振块上多达五个测点，分别为轴向，径向和切向常规和低频，当敲击测振块时，五个测点波形均会产生振荡波，但轴向，径向，切向各传感器却不易分辨，可导致轴径切向五个传感器安装错误但无法有效检测，严重影响试验测量结果的有效性。由于LMS采集系统对多通道可进行并行采集，且每通道最高采样频率不低于102.4kHz的连续长时间存盘能力，为此我们提出传感器通道检查改进方法：在安装过程中分别将各参数按通道表排列顺序，并启动采集设备，依排列顺序对各传感器进行安装并记录安装顺序，安装完成后进行敲击检查，确保各传感器输出波形无误。安装完成后，对采集系统各参数波形进行观察。由于安装传感器螺帽过程中，该传感器对应参数的波形会有较大波动，根据此前安装排列顺序，对各传感器对应参数的波动时间段进行记录，若波动时间也按安装顺序依次增大，则可确定各装传感器通道正确。通过此方法可对传感器各通道对应关系进行确定，有效保证了试验结果的有效性。图4所示为在安装振动传感器过程中传感器轴向参数a1、径向参数a2、切向参数a3安装波形图，其中安装顺序为a1→a2→a3，从其波形中可看出a1=693.51s，Ta2=733.22s，Ta3=758.41s，则可验证其安装顺序正确，并确定轴、径、切向参数。

图4 传感器安装波形图

3.3 测量通道优化选择方法

3.3.1 测量电缆数学模型

为了研究电缆内部各组成参数对电缆性能的影响，建立了如图5所示的电缆数学模型。假设电缆的组成材质为均匀分布，L、C、R、G分别为单位长度的单相电感、电容、电线电阻、电线对地漏电阻（绝缘电阻）。

图5 电缆数学模型

图中R代表了电缆材料的欧姆损耗，电缆上各电阻R上的压降是串联连接的。L是磁感应电动势阻止电流变化而产生的自感。C是模拟导线与屏蔽层之间的电容效应。