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如图是一台RS的FSU26频谱分析仪 [img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/09/202409181405253551_8584_6691099_3.jpeg[/img] 首先,打开仪器电源,让频谱分析仪预热一段时间(通常为30分钟),以稳定其内部电路,确保测量精度。 使用适当的连接器将待测信号接入频谱分析仪的输入端口。确保信号线与分析仪的输入阻抗匹配,避免信号反射和失真。 根据待测信号的特性,设置频谱分析仪的中心频率、频率跨度、分辨率带宽(RBW)、视频带宽(VBW)等参数。这些设置将直接影响频谱图的清晰度和测量精度。 启动测量程序,频谱分析仪将开始捕捉并分析信号。观察屏幕上的频谱图,根据需要调整测量参数以获取最佳测量结果。根据频谱图分析信号的频率成分、幅度等信息,为后续的测试或调试提供依据。 使用柔软的布或专用清洁剂定期清洁频谱分析仪的外壳和内部元件,避免灰尘和污垢的积累影响仪器的散热和性能。注意避免使用腐蚀性液体或水直接清洁仪器。 将频谱分析仪放置在干燥、通风良好的环境中,远离强电磁干扰源和强磁场。避免在温度变化剧烈的环境中使用仪器,以防内部电路受损。 确保使用稳定的交流电源或直流电源,并符合仪器要求的电压和电流范围。使用随附的电源线,并定期检查电源线和插座的连接情况,确保电源供应的稳定性和安全性。 根据使用手册的要求,定期对频谱分析仪进行校准,以确保测量结果的准确性和可靠性。校准包括频率校准、幅度校准等,可以通过参考信号源或专门的校准设备进行。 综上所述,正确的使用方法和细致的保养是确保频谱分析仪性能稳定、测量准确的关键。通过遵循上述方法和建议,可以最大限度地发挥频谱分析仪的作用,为电子测试工作提供有力支持。
分不清示波器和频谱仪的区别的人常闹笑话,为避免尴尬,本文简单总结以下四点——用实时带宽、动态范围、灵敏度、功率测量准确度,比较示波器和频谱仪的分析性能指标,来区分两者。[b] 1 实时带宽[/b] 对于示波器来说,带宽通常是其测量频率范围。而频谱仪则有中频带宽、分辨带宽等带宽定义。这里,我们以能对信号进行实时分析的实时带宽作为讨论对象。 对于频谱仪来说,末级模拟中频的带宽通常可以作为其信号分析的实时带宽,大多数的频谱分析的实时带宽只有几兆赫兹,通常较宽的实时带宽通常为几十兆赫兹,当然目前带宽最宽的FSW频谱仪可以达到500兆赫兹。而示波器的实时带宽为其实时取样的有效模拟带宽,一般为数百兆赫兹,高的可达数千兆赫兹。 这里需要指出的是,大多数的示波器在垂直刻度设置不同时,其实时带宽可能并不一致,在垂直刻度设置到最灵敏时,其实时带宽通常会下降。 从实时带宽来说,示波器普遍优于频谱仪,这对于某些超宽带信号分析尤其有好处,特别是在调制分析上有着无可比拟的优势。[b] 2 动态范围[/b] 动态范围指标因其定义不同而有所不同,很多情况下,动态范围被描述为仪器测量最大信号和最小信号的电平差值。当改变测量设置时,仪器测量大信号和小信号的能力是不一样的,例如频谱分析仪在衰减设置不一样的情况下,其测量大信号所带来的失真是不一样的。在这里,我们讨论仪器能够同时测量大小信号的能力,即在不改变任何测量设置的情况下,示波器和频谱仪在合适设置情况下的最佳动态范围。 对于频谱仪来说,在不考虑相位噪声等近端噪声和杂散情况下,平均噪声电平、二阶失真、三阶失真是制约动态范围的最主要因素,以主流频谱仪的技术指标计算,其理想动态范围约为90dB(受二阶失真限制)。大多数的示波器由于受其AD有效取样位数和噪声底的限制,传统示波器的理想动态范围通常不超过50dB。(对于R&S RTO示波器,在100KHz RBW时,其动态范围可高达86dB) 从动态范围来看,频谱仪要优于示波器。但这里要指出的是,这对于常在信号的频谱分析来说确实如此,然而示波器的频谱是同一帧数据,频谱仪的频谱大多数情况下都不是同一帧数据,因而对于瞬变信号来说,频谱仪可能无法测量到。而示波器发现瞬变信号(信号满足动态范围的情况下)的概率要大得多。[b] 3 灵敏度[/b] 这里讨论的灵敏度,是指示波器和频谱仪所能测试到最小信号的水平。这个指标与仪器设置紧密相关。 对于示波器而言,示波器在Y轴设置至最灵敏档时,通常为1mV/div时示波器所能测试到最小信号,抛开端口不匹配等因素来看,示波器的信号通道产生的噪声以及轨迹不稳定带来的噪声是制约示波器灵敏度的最重要因素。 从图一中我们可以看出,因为采样点数的增加,频谱噪声底可以下降到比较理想的程度。然而,当在时域已经无法清晰准确的再现信号时,在频域就产生了非常多的杂波,这就限制了我们观测小信号的能力。[align=center][img=,501,263]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712081536_01_3345709_3.jpg!w501x263.jpg[/img][/align][align=center]图1 受噪声影响的的灵敏度限制[/align] 大多数示波器与图一所示一样,能够稳定测量0.2mV的信号,对应到频域,这相当于-60dBm的水平。事实上,示波器能否准确的测量小信号,不仅与垂直系统的灵敏度有关,还与X轴的抖动、触发灵敏度等性能有关。 笔者为了对比文中所分析的技术指标,特地到R&S公司成都的开放实验室(感谢成都分部提供的帮助)进行了指标对比,让人惊讶的是,RTO示波器在灵敏度指标上非常优秀,如下图所示:[align=center][img=,498,336]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712081537_01_3345709_3.jpg!w498x336.jpg[/img][/align][align=center]图2 RTO示波器的全频段频谱图[/align] 从图二可以看出,RTO能够准确测量-60dBm的信号,其噪声底在-80dBm左右。而最让人感到高兴的是,在整个频段(DC-4GHz),没有发现能够影响灵敏度的大的杂波,从而大幅提高了测量灵敏度。 在没有杂波的情况下,通过增加取样点数可以得到更低的噪声。例如图3所示,将Span和RBW设置得更小的情况下,RTO示波器的底噪声可以降低至-100dBm以下。[align=center][img=,502,337]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/12/201712081536_02_3345709_3.jpg!w502x337.jpg[/img][/align][align=center]图3 RTO示波器的窄带频谱图[/align] 从这点来说,RTO绝对能够让测量人员改变“示波器是频域分析鸡肋”的感受。 对于频谱仪来说,同样抛开端口不匹配等因素来讨论,频谱仪的在增益最大、衰减器设置最小情况下,平均噪声电平可以看作频谱仪测量小信号的极限。在不涉及前置放大器的情况下,大多数性能良好的频谱仪可以达到-150dBm。[b] 4 功率测量准确度[/b] 对于频域分析来说,功率测量准确度是非常重要的技术指标。无论是示波器还是频谱仪,对功率测量准确度的影响量都是非常多的,下面分别列出其主要的影响量: 对于示波器来说,功率测量准确度的影响量有:端口不匹配引起的反射、垂直系统误差、频率响应、AD量化误差、校准信号误差等。 对于频谱仪来说,功率测量准确度的影响量有:端口不匹配引起的反射、参考电平误差、衰减器误差、带宽转换误差、频率响应、校准信号误差等。 此处我们不对影响量进行逐一分析比较,我们通过对1GHz频率信号的进行功率测量来对比,通过RTO示波器和FSW频谱仪的测量对比可以看出,在1GHz处,示波器与频谱仪的功率测量值仅相差0.2dB左右,这是非常好的测量准确度指标。因为频谱仪在1GHz处的测量准确度是非常好的。 另外,在频率范围内,示波器的频率响应指标也是很好的,4GHz范围内不超过0.5dB,从这点来说,示波器甚至优于频谱仪的性能。 总的来说,示波器与频谱仪在频域分析性能上各有所长,频谱仪在灵敏度等技术指标上更胜一筹,示波器在实时带宽上较频谱仪更为出色。在测量不同类型的信号时,可根据测试需求和仪器的不同技术特点进行选择。
振动是回转机械运转时的重要特性。利用数据采集器对机械设备运行状态的振动信息进行采集,然后通过振动频谱分析,可以快速、准确地诊断出如转子不平衡、转轴弯曲、轴承损坏与松动、轴系不对中及动静件摩擦等故障存在的原因,从而达到故障早期发现、诊断迅速及时、结论定点定量、机理清楚明白之目的。 1 具体操作流程 其中被测对象是指所要检测设备的某一部件,基频是指被测对象的基本回转频率;检测内容包括检测方向(水平、垂直、轴向)、谱图类型(波形图、速度频谱图、加速度频谱图)等;查找具有代表性的振动信息特征是指剔除冲击信号以后寻找含有一定规律性的谱线族(如削波、轨迹尖角、某一倍频振值升高等);判断振动值是否异常是指将波形或频谱图所反映的较大振值与相关标准进行比较并得出评判结果;分析故障机理主要是根据波形或振动值超标时所在频率段综合分析、判断出故障发生的原因。在该过程中信号测试是基础,查找具有代表性的振动信息特征是核心,分析故障机理是关键。 2 信息的采集 2.1 检测部位的选择 在旋转机械中,转子及其支撑系统是设备的核心部件,70%的设备故障都和转子及其组件有关。因此回转机械的信号采集主要以转子振动信息和支承轴承座振动信息为主。一般把轴承处选为主要测点,把机壳、箱体、基础等部件选为辅助测点。 2.2 测点的布置 由于不同故障、不同频段在测试方向上的敏感程度不同,故在旋转机械振动信息的采集上,对于低频信号(工频5倍以下)分垂直、水平、轴向3个方向;对高频信号(1kHz以上),由于对方向性不太敏感,故只测垂直或水平一个方向即可。为了保证所测数据的可比性,测点一经选定就应作出相应标记,以使每次测量都在同一测点上进行,同时保证每次测量时设备的工况都相同。在选择测点时还应该考虑环境因素的影响,尽可能地避免选择高温、高湿、出风口和温度变化剧烈的地方作为测量点,以保证测量结果的有效性。 3 测量结果的分析 3.1 根据时间波形初步分析 一般而言,单纯不平衡的振动波基本上是正弦式波形,径向振动较大,振动随转速变化明显,振动强度正比于转速的平方;单纯不对中振动波形比较稳定、光滑、重复性好,波形在基频正弦波上存在两倍频次峰,平行不对中振值主要反应在径向,角度不对中振值主要反应在轴向,且对负荷变化较敏感;转子组件松动及干摩擦产生的振动波形比较毛糙、不平衡、不稳定,还可能出现削波现象,松动方向振动大,振动随转速变化敏感;碰磨一般存在“削顶”波形;自激振动,如油膜涡动、油膜振荡等,振动波形比较杂乱,重复性差,波动大。波形分析具有简捷、直观的特点,可对设备故障作出初步判断。但在实际检测中,单纯出现某一明显特征波形的情况很少,往往都是以合成振动引起的叠加波形出现。因此,要进一步精确判断故障发生的原因,还需利用频谱分析。 3.2 频谱分析 频谱分析的目的是将构成信号的各种频率成分分解开来,以便于对振源的识别。由于各种振动零部件在运转过程中必定产生某一种相应的特征频率,故通过某一频率的振动烈度强弱,可判别振动来源,而且这一特征频率始终与基频(即被测对象工作频率)保持某一倍数关系。常见振动原因及特征频率见。 频谱中的横轴表示时间,纵轴为电压幅度,曲线是表示随时间变化的电压幅度,这是时域的测量方法。如果要观察其频率的组成,要用到频域法,其横轴为频率,纵轴为功率幅度,这样就可看到在不同频率上功率幅度的分布,就可以了解这两个(或是多个)信号的频谱,有了这些单个信号的频谱,就可以把复杂信号再现、复制出来。 风机在400Hz工作频率下的频域普及平均谱和图3风机在400Hz工作频率下的时域谱,有下列特点:转子径向振动出现2倍频以1倍频2倍频分量为主2倍频所占比例较大;转子轴向振动在1倍频、2倍频和3倍频处有稳定的高峰,达到径向振动的50%以上,4~10倍频分量较小;径向振动较大,有高次谐波出现振动不稳定;时域波形稳定,每次出现1个、2个或3个峰值。 不对中故障产生的频谱图特征有如下特点,说明风机存在严重不对中现象。 风机在360Hz工作频率下的径向振动平均谱有下列特点:强径向振动,特别是在垂直方向出现3~10倍频;径向振动较大,尤其垂直径向振动较大,含有1∕2倍频、3∕2倍频等分数频率分量;时域波形的杂乱,有明显的不稳定非周期信号。 风机机械松动分为结构松动和转动部件松动,造成机械松动的原因:安装不良、长期磨损基础或机座损坏,零部件破损。360Hz径向振动的平均谱符合机械松动的故障的频谱图和波形特征,证明风机存在机械松动。 为了减少电压对频率的影响,采样取在风机降速过程。比较风机各个工作频率下的峰值见表2,频谱图中有较稳定的高峰,谐波能量没有集中在工频,其他倍频幅值相差不大;随着转速的升降,振幅的升降不明显,转子平衡特性良好。 4 结论 特征频率是各振动零部件运转过程中必定产生的一种振动成分,根据各频率所对应的谐波振动分量所具有的振幅,可以比较直观地分析判断振动来源,在多数情况下通过频谱分析可以获得比较满意的诊断结论。但由于故障与频率并不是严格的一一对应关系,因此,对于复杂的疑难故障应采用综合方法多角度进行分析,才能得出更可靠的结论。