加速度一次积分得速度,二次积分得位移。如果不知道速度和位移的初始值,那么积分后仍然无法得到某一瞬时的速度和位移的具体数值。好在一般这种方法都是用来分析往复运动(比如振动)的统计量的,比如RMS值,最大值,峰峰值等,而对瞬时值不感兴趣。因此可假定都从0值开始积分。
常用的积分方法两种:
1. 时域积分
这是利用加速度、速度和位移之间的基本的数学关系。
v=积分号(a*dt) + C
d=积分号(v*dt) + C
每次积分前,注意要做高通滤波,否则由于直流和非常低的频率分量的影响,积分会积累非常大的漂移误差。高通滤波截止频率的选取要注意一下,太低无法消除比截止频率稍高点的低频信号造成的偏移误差,太高可能会把有用的振动信号滤掉。
2. 频域积分
这是先将加速度分解为多个不同频率的正弦波的叠加,而正弦波的一次积分和二次积分有如下简单的数学关系。
若加速度 a = A * sin(wt),则:
速度 v = -(A/w) * cos(wt)
位移 d = -(A/(w^2)) * sin(wt)
换句话说,正弦波积分后,频率没有发生变化,只是速度比加速度滞后90度,位移比速度滞后90度,比加速度滞后180度;速度的振幅与振动频率成反比,而位移的振幅与振动频率的平方成反比。
具体操作是,先做FFT,这相当与把加速度分解为不同频率的正弦波,然后对每个频率(实际上是每个窄的频带)在频域上按上述的幅度和相位关系调整,然后做反变换IFFT到时域,得到相应的速度和位移的波形,然后可分析时域波形求取振动的各统计量,例如RMS值,峰峰值、波峰因子CF等。
下面是个例子:
1. 加速度图
加速度振频1 kHz, 有效值RMS为0.707107 g, 振幅为1 g, 波峰因子1.41421
2. 速度图 (频域积分所得)
速度振频1 kHz, 有效值RMS为1.10398 mm/s, 振幅为1.56726 mm/s, 波峰因子1.41964
3. 位移图 (频域积分所得)
位移振频1 kHz, 有效值RMS为0.17573 um, 峰峰值为0.517396 um, 波峰因子1.47213
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