文档介绍：上海交通大学
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学位论文作者签名:竹七民
日期: 之 o J):年 1 月之8 日
万方数据
上海交通大学
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学位论文作者签名:号 t}T 大祸、
日期: 1 日
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日期: 年月日 l
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船舰振动信号采集与数据分析研究
摘要
在船舶航行中产生的有害振动会影响船上人员的舒适性、恶化船载设备的使用环境、降低船体结构耐久性并降低舰船的隐身性能,剧烈的振动甚至影响船舶的正常运行。船舶振动的采集和分析研究对于船舶的防振隔振设计、确定振动量级并判断是否满足衡准要求具有重要意义。目前船舶振动的采集分析主要以通用数据采集系统和手持式振动分析仪为主,无法在船舶执行远航任务时进行长期振动测量。本文主要设计了一个船舶振动长期数据采集系统,并对船舶振动的倍频程分析展开研究。
本研究设计实现的船舶振动采集系统是一个以 FPGA 为主控的数据采集系统, 包括三轴加速度传感器及其供电模块、数据存储模块、数据传输模块和日历模块等部分。数据采集系统可以以 10KSPS 的采样频率同时对 X、Y、Z 三个方向的船舶振动信号进行采集,并将数据存储到 Flash 芯片中,数据可以通过 USB 总线、WIFI 两种方式进行读出上传。在 FPGA 内通过设计 VHDL 代码实现了对各模块的控制,对 USB 固件程序进行编写实现了 Slave FIFO 数据传输。
倍频程频谱分析是常用的振动信号分析方法,论文对传统的倍频程分析方法进行了介绍,并将多抽样率信号处理原理应用到了倍频程分析中,实现了分辨率从高频到低频逐级增加的倍频程频谱分析。论文对多抽样率倍频程分析的原理进行了详细介绍,对算法的计算量和存储空间进行了分析,并对关键算法移植到 FPGA 中进行了实现。
论文最后还对实测船舶振动数据进行了倍频程分析,结果表明尾甲板的主要激励源为螺旋桨的叶频激励,舵机舱在液压脉冲激励下产生了高频模态响应,船上各振动测点之间的相关性不明显。
关键词:船舶振动,FPGA,倍频程分析,多抽样率信号处理
I
Ship Vibration Data Acquisition System and Data Analysis ABSTRACT
Ship vibration is one of the main factors affecting the habitability of merchant ships degrading the durability of the ships’ structure and stealth performance as well. Severe vibration even affects the normal operation of ship. Estimating the vibration of ships is important for both vibration isolated designing and evaluating whether the magnitude of vibration meets the criterion. So far ship vibration acquisition and analysis are mainly done by vibration analyzer, which is not able to measure long term vibration when the ship is performing long term task.
This research developed a FPGA based ship vibration data acquisition system which includes three axis ICP