CN106323451B - 通过加速信号获得位移信号的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过加速度信号获得位移信号的方法及其装置，有效地解决了多数机械结构中较难获得振动位移的问题。沿机械结构的振动方向，在激励端安装加速度传感器，获得初始振动加速度信号，将初始振动加速度信号去趋势项，得到无趋势项的第一振动加速度信号，再经滤波、二次积分、二次去趋势项计算转化为对应的无趋势项的位移信号，如需验证则建立仿真模型，在激励端添加位移信号并输出第二振动加速度信号，比较测试第一、第二振动加速度信号，当两个信号在时域和频域内保持一致时，用无趋势项的位移信号替代加速度信号进行进一步应用。通过试验与计算机仿真相结合的方法，间接获得振动位移，该方法具有简单易行、适用广、精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机械系统的测试及仿真领域，具体涉及一种测试振动加速度和获得位移幅值的方法及装置，特别是车辆机械结构的振动幅值的获取方法及装置。
背景技术
随着计算机技术的发展，计算机仿真技术成为了解决机械系统振动的比较有效的一种方法。为了解决机械结构的振动问题，通过在计算机仿真模型中，加入振动幅值以再现结构振动，然而要得到振动幅值，需通过试验测试得到振动点的加速度，对加速度信号进行处理得到振动幅值。
准确获取振动幅值对解决机械结构的振动问题至关重要，准确的振动幅值输入，准确再现振动问题，为分析振动问题、优化振动特性打下基础。
发明专利内容
为了准确获得机械结构的振动幅值，本发明提供一种通过加速信号获得位移信号的方法及其装置，其识别方法简单、识别结果准确并且适用范围广泛。
为实现上述目的，本发明采用的技术方法是：
一种通过加速度信号获得位移信号的方法，其特征在于，沿机械结构的振动方向，在激励端安装加速度传感器，获得初始振动加速度信号，将初始振动加速度信号去趋势项，得到无趋势项的第一振动加速度信号，再将无趋势项的第一振动加速度信号经滤波和计算转化为对应的无趋势项的位移信号，用无趋势项的位移信号替代加速度信号进行进一步应用。
进一步地，滤波后的第一振动加速度信号经二次积分、二次去趋势项处理而转化为对应的无趋势项的位移信号。
进一步地，在获得无趋势项的位移信号后，建立机械结构的仿真模型，在仿真模型的激励端添加该无趋势项的位移信号，并在激励端输出第二振动加速度信号，比较测试第一、第二振动加速度信号，当两个信号在时域和频域内保持一致时，用无趋势项的位移信号替代加速度信号进行进一步应用。
一种通过加速度信号获得位移信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，沿机械结构的振动方向，在激励端安装加速度传感器，测试得到机械结构的初始加速度信号a0；
第二步，对初始加速度信号a0去趋势项，得到无趋势项的第一振动加速度信号a；
第三步，对无趋势项的加速度信号a进行滤波，得到滤波后的第一振动加速度信号a1；
第四步，对滤波后的第一振动加速度信号a1进行积分，得到速度信号v；
第五步，对速度信号v进行去趋势项处理，得到无趋势项的速度信号v1；
第六步，对无趋势项的速度信号v1进行积分，得到位移信号s；
第七步，对位移信号s进行去趋势项处理，得到无趋势项的位移信号s1，备用。
进一步地，还包括如下步骤：
第八步，建立机械结构的仿真模型，在激励端添加无趋势项的位移信号s1，并在激励端输出第二振动加速度信号a2；
第九步，比较测试无趋势项的第一振动加速度信号a和第二振动加速度信号a2，当两个信号在时域和频域内保持一致时，则说明无趋势项的位移信号即为加速度信号对应的位移信号，可用无趋势项的位移信号替代加速度信号进行进一步应用。
一种通过加速度信号获得位移信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，对试验车辆在试验道路上进行测试，得到各轴头垂直方向初始加速度信号b0；
第二步，对初始加速度信号b0去趋势项，得到无趋势项的第一振动加速度信号b；
第三步，对无趋势项的第一振动加速度信号b进行1Hz至20Hz带通滤波，得到滤波后的加速度信号b1；
第四步，对滤波后的加速度信号b1进行积分，得到速度信号vc；
第五步，对速度信号vc进行去趋势项处理，得到无趋势项的速度信号vc1；
第六步，对无趋势项的速度信号vc1进行积分，得到位移信号sc；
第七步，对位移信号sc进行去趋势项处理，得到无趋势项的位移信号sc1，趋势项的位移信号sc1即为初始加速度信号b0对应的位移信号。
一种通过加速度信号获得位移信号的装置，其特征在于，包括加速度传感器、计算装置，计算装置包括依次连接的输入模块、加速度去趋势项模块、滤波模块、加速度积分模块、速度去趋势项模块、速度积分模块、位移去趋势项模块、输出模块，具体地：
加速度传感器沿机械结构的振动方向布置，并安装在激励端以获得初始振动加速度信号；
输入模块连接加速度传感器并将初始振动加速度信号发送给加速度去趋势项模块；
加速度去趋势项模块将初始振动加速度信号进行去趋势项，得到无趋势项的第一振动加速度信号a，发送给滤波模块；
滤波模块，对无趋势项的第一振动加速度信号进行滤波，并输出滤波后的第一振动加速度信号给加速度积分模块；
加速度积分模块对滤波后的第一振动加速度信号进行积分转化为速度信号，并发送给速度去趋势项模块；
速度去趋势项模块对速度信号进行去趋势项处理，得到无趋势项的速度信号，并将无趋势项的速度信号发送给速度积分模块；
速度积分模块对速度信号进行积分得到位移信号并发送给位移去趋势项模块；
位移去趋势项模块对位移信号进行去趋势项处理得到无趋势项的位移信号，并发送给输出模块；
输出模块将无趋势项的位移信号的输出备用。
进一步地，所述的加速度传感器布置在车辆的轴头垂直方向。
进一步地，所述的滤波模块中，对无趋势项的第一振动加速度信号进行1Hz至20Hz带通滤波。
进一步地，还包括验证单元，验证单元包括仿真装置，仿真装置连接所述的计算装置；仿真装置包括依次连接的仿真模型构建模块、位移信号加载模块、加速度信号输出模块、比较测试模块、输出模块，具体地：
仿真模型构建模块，建立机械结构的仿真模型，备用；
位移信号加载模块，在仿真模型的激励端加载所述的无趋势项的位移信号；
加速度信号输出模块，获得激励端加载所述的无趋势项的位移信号后输出的第二振动加速度信号a2；
比较测试模块，比较所述的无趋势项的第一振动加速度a与第二振动加速度信号a2，当两个信号在时域和频域内保持一致时，用无趋势项的位移信号代替加速度信号进行进一步应用。
本发明的实用效果就是：有效地解决了多数机械结构或机械系统中较难获得振动位移的问题，通过试验与仿真结合的方法，间接获得了机械结构或机械系统的振动位移，合理地采用了试验与仿真结合的方法，降低了获取振动位移的难度，该方法具有简单易行，适用范围广泛，结果精确度高等优点。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的机械系统仿真模型示意图；
图2为本发明的一个实施例的试验与仿真信号时域对标示意图；
图3为本发明的一个实施例的试验与仿真信号频域对标示意图；
图4为本发明的一个实施例的计算装置的结构示意图；
图5为本发明的一个实施例的仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图及具体实施例对本发明作进一步地说明：
在一个实施例中，通过加速度信号获得位移信号的方法步骤包括：第一步，沿机械结构的振动方向，在激励端安装加速度传感器，测试得到机械结构的初始振动加速度信号a0，第二步，对初始振动加速度信号a0去趋势项，得到无趋势项的第一振动加速度信号a；第三步，对无趋势项的第一振动加速度信号a进行滤波，得到滤波后的第一振动加速度信号a1；第四步，对滤波后的第一振动加速度信号a1进行积分，得到速度信号v；第五步，对速度信号v进行去趋势项处理，得到无趋势项的速度信号v1；第六步，对无趋势项的速度信号v1进行积分，得到位移信号s；第七步，对位移信号s进行去趋势项处理，得到无趋势项的位移信号s1；第八步，建立机械结构的仿真模型，如附图1所示，在激励端添加无趋势项的位移信号s1，并在激励端输出第二振动加速度信号a2；第九步，比较测试无趋势项的第一振动加速度信号a和第二振动加速度信号a2，当两个信号在时域和频域内保持一致时，如图2和图3所示，则说明位移信号s1即为加速度信号a对应的位移信号，可用位移信号s1替代加速度信号a进行进一步应用。
汽车行业应用如下：第一步，对试验车辆在试验道路上进行测试，得到各轴头垂直方向加速度信号b0，并对b0去趋势项，得到无趋势项的加速度信号b；第二步，对b进行1Hz至20Hz带通滤波，得到滤波后的加速度信号b1；第三步，对b1进行积分，得到速度信号vc；第四步，对vc进行去趋势项处理，得到无趋势项的速度信号vc1；第五步，对vc1进行积分，得到位移信号sc；第六步，对sc进行去趋势项处理，得到无趋势项的位移信号sc1，sc1即为加速度信号b0对应的位移信号。
一种通过加速度信号获得位移信号的装置，其特征在于，包括加速度传感器、计算装置，计算装置包括依次连接的输入模块、加速度去趋势项模块、滤波模块、加速度积分模块、速度去趋势项模块、速度积分模块、位移去趋势项模块、输出模块，具体地：
加速度传感器沿机械结构的振动方向布置，并安装在激励端以获得初始振动加速度信号；
输入模块连接加速度传感器并将初始振动加速度信号发送给加速度去趋势项模块；
加速度去趋势项模块将初始振动加速度信号进行去趋势项，得到无趋势项的第一振动加速度信号a，发送给滤波模块；
滤波模块，对无趋势项的第一振动加速度信号进行滤波，并输出滤波后的第一振动加速度信号给加速度积分模块；
加速度积分模块对滤波后的第一振动加速度信号进行积分转化为速度信号，并发送给速度去趋势项模块；
速度去趋势项模块对速度信号进行去趋势项处理，得到无趋势项的速度信号，并将无趋势项的速度信号发送给速度积分模块；
速度积分模块对速度信号进行积分得到位移信号并发送给位移去趋势项模块；
位移去趋势项模块对位移信号进行去趋势项处理得到无趋势项的位移信号，并发送给输出模块；
输出模块将无趋势项的位移信号的输出备用。
加速度传感器布置在车辆的轴头垂直方向，试验车辆在试验道路上行驶，以测试振动。
滤波模块中，对无趋势项的第一振动加速度信号进行1Hz至20Hz带通滤波。
还包括验证单元，验证单元包括仿真装置，仿真装置连接所述的计算装置；仿真装置包括依次连接的仿真模型构建模块、位移信号加载模块、加速度信号输出模块、比较测试模块、输出模块，具体地：
仿真模型构建模块，建立机械结构的仿真模型，备用；
位移信号加载模块，在仿真模型的激励端加载所述的无趋势项的位移信号；
加速度信号输出模块，获得激励端加载所述的无趋势项的位移信号后输出的第二振动加速度信号a2；
比较测试模块，比较所述的无趋势项的第一振动加速度a与第二振动加速度信号a2，当两个信号在时域和频域内保持一致时，用无趋势项的位移信号代替加速度信号进行进一步应用。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本案的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本案进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本案的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本案技术方案的精神，其均应涵盖在本案请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种通过加速度信号获得位移信号的方法，其特征在于，沿机械结构的振动方向，在激励端安装加速度传感器，获得初始振动加速度信号，将初始振动加速度信号去趋势项，得到无趋势项的第一振动加速度信号，再将无趋势项的第一振动加速度信号经滤波和计算转化为对应的无趋势项的位移信号，在获得无趋势项的位移信号后，建立机械结构的仿真模型，在仿真模型的激励端添加该无趋势项的位移信号，并在激励端输出第二振动加速度信号，比较测试第一、第二振动加速度信号，当两个信号在时域和频域内保持一致时，用无趋势项的位移信号替代加速度信号进行进一步应用。
2.根据权利要求1所述的一种通过加速度信号获得位移信号的方法，其特征在于，滤波后的第一振动加速度信号经二次积分、二次去趋势项处理而转化为对应的无趋势项的位移信号。
3.一种通过加速度信号获得位移信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，沿机械结构的振动方向，在激励端安装加速度传感器，测试得到机械结构的初始加速度信号(a0)；
第二步，对初始加速度信号(a0)去趋势项，得到无趋势项的第一振动加速度信号(a)；
第三步，对无趋势项的加速度信号(a)进行滤波，得到滤波后的第一振动加速度信号(a1)；
第四步，对滤波后的第一振动加速度信号(a1)进行积分，得到速度信号(v)；
第五步，对速度信号(v)进行去趋势项处理，得到无趋势项的速度信号(v1)；
第六步，对无趋势项的速度信号(v1)进行积分，得到位移信号(s)；
第七步，对位移信号(s)进行去趋势项处理，得到无趋势项的位移信号(s1)，备用；
第八步，建立机械结构的仿真模型，在激励端添加无趋势项的位移信号(s1)，并在激励端输出第二振动加速度信号(a2)；
第九步，比较测试无趋势项的第一振动加速度信号(a)和第二振动加速度信号(a2)，当两个信号在时域和频域内保持一致时，则说明无趋势项的位移信号即为加速度信号对应的位移信号，可用无趋势项的位移信号替代加速度信号进行进一步应用。
4.一种通过加速度信号获得位移信号的装置，其特征在于，包括加速度传感器、计算装置和验证单元，计算装置包括依次连接的输入模块、加速度去趋势项模块、滤波模块、加速度积分模块、速度去趋势项模块、速度积分模块、位移去趋势项模块、输出模块；验证单元包括仿真装置，仿真装置连接所述的计算装置；仿真装置包括依次连接的仿真模型构建模块、位移信号加载模块、加速度信号输出模块、比较测试模块、输出模块，具体地：
加速度传感器沿机械结构的振动方向布置，并安装在激励端以获得初始振动加速度信号；
输入模块连接加速度传感器并将初始振动加速度信号发送给加速度去趋势项模块；
加速度去趋势项模块将初始振动加速度信号进行去趋势项，得到无趋势项的第一振动加速度信号(a)，发送给滤波模块；
滤波模块，对无趋势项的第一振动加速度信号进行滤波，并输出滤波后的第一振动加速度信号给加速度积分模块；
加速度积分模块对滤波后的第一振动加速度信号进行积分转化为速度信号，并发送给速度去趋势项模块；
速度去趋势项模块对速度信号进行去趋势项处理，得到无趋势项的速度信号，并将无趋势项的速度信号发送给速度积分模块；
速度积分模块对速度信号进行积分得到位移信号并发送给位移去趋势项模块；
位移去趋势项模块对位移信号进行去趋势项处理得到无趋势项的位移信号，并发送给输出模块；
输出模块将无趋势项的位移信号的输出备用；
仿真模型构建模块，建立机械结构的仿真模型，备用；
位移信号加载模块，在仿真模型的激励端加载所述的无趋势项的位移信号；
加速度信号输出模块，获得激励端加载所述的无趋势项的位移信号后输出的第二振动加速度信号(a2)；
比较测试模块，比较所述的无趋势项的第一振动加速度(a)与第二振动加速度信号(a2)，当两个信号在时域和频域内保持一致时，用无趋势项的位移信号代替加速度信号进行进一步应用。
5.根据权利要求4所述的一种通过加速度信号获得位移信号的装置，其特征在于，所述的加速度传感器布置在车辆的轴头垂直方向。
6.根据权利要求4或5所述的一种通过加速度信号获得位移信号的装置，其特征在于，所述的滤波模块中，对无趋势项的第一振动加速度信号进行1Hz至20Hz带通滤波。
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