应用背景

目前，国内某知名电机公司通过采用SignalPad旋转机械模块对汽车发电机进行测试，对其操作简便，测试准确的效果给予了高度评价。

解决方案

技术难点

旋转机械的升降速振动信号中蕴含丰富的设备状态信息，能发现在匀速旋转时难以发现的系统缺陷，但该信号是典型的变频信号，利用傅立叶变换直接进行频谱分析，会出现较大的误差甚至错误，此时采用阶次跟踪分析法则可避免这种问题。

阶次分析技术是将非平稳信号从等时间间隔采样转变为等角度间隔采样，从而实现时域非平稳信号到角域平稳信号或者准平稳信号的转换。阶比跟踪是一种振动分析方法，它能准确获得参考轴的基准转速(或者频率)及等角度采样时刻的过程，其关键在于对参考轴转速进行准确跟踪。

SignalPad 旋转机械模块

SignalPad 旋转机械模块的分析函数与一般FFT频域分析函数的最主要不同是引入了重采样，将等时间采样的信号通过重采样转化为等角度信号，主要功能如下：

转速：信号提取支持边缘检测、FFT，转速信号的显示支持：转速曲线、数字显示、转速表显示、高度表显示。

色谱图、瀑布图：频率与时间、阶次与时间、频率与转速、阶次与转速等多种联合分析方法。

轴心轨迹图、极坐标图：以Orbit及Timebase形式显示轴心轨迹；可以时间、转数等多种形式绘制。

倒谱：支持的倒谱类型：实倒谱、复倒谱。

包络：提取幅度调制信号的包络。

阶次谱：阶次谱的计算和显示。

阶次跟踪：可以指定跟踪的阶次，可同时跟踪幅度和相位。

本次发电机升降速振动信号测试在专业消声室中进行，主要设备包括SignalPad 旋转机械模块，动态信号数据采集卡、加速度计、转速计和传声器等。

图 1 电机振动噪声测试系统架构图

测试结果

转速计测量发电机在升、降速过程中的转速变化（1100RPM-18000RPM），通过转速波形视图显示。

图 2 汽车发电机转速波形视图

在消声室中放置高精度麦克风测试电机在升、降速过程中的声音信号（A计权）或在电机上安装加速度计采集振动信号。

图 3 原始声信号和A计权后信号

将声音信号/加速度信号相关联可以进行阶次跟踪、色谱图分析、瀑布图分析。通过视图中属性设置选择感兴趣阶次（如6阶、12阶、36阶、Overall）不同的阶次代表旋转机械中不同部件，例如转子、定子、滚动轴承等，观察随着转速变化，不同阶次信号的A计权声压级/振动级变化，判断是否有异常信号。通过色谱图和瀑布图可以更直观的观察随着转速变化，不同阶次信号是否有异常，也可以查看固有频率分布。