北京美科 T8-DSA 频谱分析 加速度速度位移转换分析说明
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T8-DSA 加速度·速度·位移转化分析（AVD）说明
一只传感器输入，加速度 / 速度 / 位移三量六图同步评估
执行摘要
现场传感器装的是加速度计，但旋转机械考核的是速度，位移探头看的是振幅——三个物理量描述同一个振动，缺一不可。本模块把这件原本需要"信号调理箱 + 多台仪器 + 手工换算"的事变成一块屏幕：任意单位的加速度 / 速度 / 位移传感器信号接入，自动统一换算并积分 / 微分，三量的时域波形与频域谱共六幅图实时同屏，8 通道任意勾选， 积分低频漂移自动抑制。
能力项 | 指标 | 能力项 | 指标 |
显示规模 | 3 量 × ( 时域波形 + 频域谱 ) = 6 图同屏 | 通道能力 | 8 通道任意勾选，多线叠加对比 |
输入单位 | 加速度 4 种 / 速度 4 种 / 位移 6 种，自动识别 | 换算方向 | 积分（ A→V→D ）与微分（ D→V→A ）双向 |
低频漂移抑制 | 高通滤波，截止频率 0 = 按谱自动设定 | 频率范围 | 上限 Fs/2.56 （抗混叠安全口径） |
一、软件功能概述
振动测量行业里有一个经典问题：传感器输出的物理量，往往不是用户最终要考核的物理量。加速度计最容易安装、频响最宽，但评估机器振动烈度要看速度，观察间隙、变形要看位移。本模块让"接什么传感器"与"看什么物理量"彻底解耦——任何一种输入，三量同时给出。
（一）这个模块解决什么问题
手工换算三个物理量并不只是"乘个系数"：时域积分会叠加直流漂移，几秒后位移曲线就飘出屏幕；频域积分要处理低频段信噪比极差的死区，截止频率选高了丢真实低频成分，选低了漂移污染全带；速度、位移传感器反过来求加速度还要微分，高频噪声被放大。本模块把单位归一、积分 / 微分、低频抑制、峰值谱计算全部内置，且时域与频域两条换算链并行互校，测量过程中实时刷新。
（二）功能清单
# | 功能 | 说明 |
1 | 六图同屏 | 左列加速度 / 速度 / 位移时域波形（时间 ms ），右列对应频域谱（频率 Hz ，峰值口径） |
2 | 输入单位自动识别 | 按通道工程单位自动归类：加速度（ g 、 m/s² 、 mm/s² 、 in/s² ）、速度（ m/s 、 mm/s 、 μm/s 、 in/s ）、位移（ m 、 mm 、 μm 、 nm 、 in 、 ft ） |
3 | 统一标准单位内核 | 内部统一为 g 、 m/s 、 mm 标准单位换算，显示单位再独立选择，互不干扰 |
4 | 双向积分 / 微分 | 加速度 → 速度 → 位移频域积分；位移 → 速度 → 加速度时域微分，三量两两互通 |
5 | 高通滤波低频抑制 | 积分链可开关的高通滤波器，截止频率手动设定或 0 = 自动 |
6 | 截止频率自动设定 | 自动搜索频谱幅值降至**值 2% 处作为积分下限，兼顾漂移抑制与低频保留 |
7 | 8 通道多线叠加 | 通道按名称与工程单位显示，任意勾选，多通道曲线叠加对比 |
8 | 积分区间设置 | 积分起点 / 终点（ ms ）可设，避开信号前后的无用段 |
9 | 去除直流 | 积分前去除波形直流分量，进一步抑制零漂 |
10 | 图幅放大与置顶 | 双击任意图满屏放大，窗口可置顶，便于讲解与观察 |
（三）界面布局
主界面为左功能栏 + 右六图区（见图 1）。功能栏从上到下：通道选择（8 通道复选框，显示通道名与工程单位）、数据单位（三量显示单位独立下拉）、高通滤波开关与截止频率（0 = 自动，实际生效值实时回显）、统计分区、刷新按钮与置顶开关。六图区按"左时域、右频域"排布：左列自上而下为加速度、速度、位移波形；右列为对应的峰值谱，横轴均为频率，一眼即可对照"某个频率成分在三个物理量里各占多大"。
图 1 AVD 主界面：左列加速度 / 速度 / 位移时域波形，右列对应峰值谱，左栏通道选择与单位、滤波设置
二、应用场景
凡是"传感器物理量"与"考核物理量"不一致的场合，都是本模块的用武之地——这几乎是振动测量的常态。
场景 | 典型用法 | 关注视图 |
旋转机械振动烈度评估 | 加速度计接入，积分出速度，按 ISO 10816 口径考核机座 / 轴承座速度 | 速度波形 + 速度谱 |
位移探头信号补全 | 电涡流位移信号微分求速度 / 加速度，与加速度计数据同屏对照 | 三量波形叠加 |
故障频率定位 | 频域六图对照：低频位移突出看偏移 / 松动，中频速度突出看不平衡，高频加速度突出看轴承 / 齿轮 | 右列三谱对照 |
进出口 / 跨国项目 | 显示单位公制（ mm 、 mm/s ）与英制（ mil 、 in/s ）一键切换，满足不同客户口径 | 单位下拉 |
低频结构振动 | 自动截止频率避免低频段积分漂移淹没真实信号（桥梁、建筑、船舶） | 速度 / 位移曲线 |
培训与讲解 | 同一信号三量并排，直观演示 " 为什么不同行业看不同物理量 " | 六图同屏 |
三、测量目的与意义
三个物理量各有分工，行业长期形成的考核习惯背后有明确的物理逻辑。理解这张对照表，才能解释清楚"为什么加速度正常、位移却超标"。
物理量 | 突出什么成分 | 典型考核用途 |
加速度 A | 高频成分（随频率加权**） | 轴承损伤、齿轮啮合、冲击诊断；传感器安装最方便、频响最宽 |
速度 V | 中频成分（ 10~1000 Hz 能量主体） | 旋转机械振动烈度考核的通用口径（ ISO 10816 / GB 6075 ） |
位移 D | 低频成分（随频率反加权） | 间隙 / 变形观察、低频偏移、位移探头（电涡流）直接测量 |
时域波形 | 冲击、削波、拍振、周期重复性 | 直观判断故障类型与发生时刻 |
频域谱（峰值） | 频率成分与其峰值幅值 | 与特征频率（转频、倍频、轴承频率）逐条对号 |
四、算法原理
本模块的核心是"单位归一 + 双向积分 / 微分 + 低频漂移抑制"三层结构，时域与频域两条链路并行输出。
（一）**步：单位归一化
内部换算统一在标准单位进行：加速度 g、速度 m/s、位移 mm。按通道工程单位自动查表归一（如 in/s²→g 乘 0.0254/g，nm→mm 除 1000，ft→mm 乘 304.8），显示层再按用户选择的显示单位换算回读。这样"输入什么单位"与"显示什么单位"完全解耦，12 种输入 / 显示组合全部支持。
（二）第二步：频域积分（加速度→速度→位移）
时域积分 y(t)=∫x·dt 在频域等价于幅值除以角频率 ω：每条谱线 X(f) 除以 2πf 即得积分结果，逆变换回时域得到积分后的波形。频域积分的天然优势是不累积直流漂移——但前提是把低频死区挡在门外：低频段信噪比差、传感器本身的低频截止失真都被除以极小的 ω 无限放大，这正是"积分曲线越飘越远"的根源。
（三）第三步：高通滤波低频抑制
积分链前设置高通滤波器：低于截止频率的成分不参与积分。截止频率支持两种方式——手动设定，或输入 0 由仪器自动设定：搜索频谱幅值下降到**值 2% 的位置作为积分下限（幅值再低的频带已无有效信号，积分只放大噪声），下限不低于频率分辨率，上限取 Fs/2.56 的抗混叠安全口径。实际生效的截止频率在界面上实时回显，自动结果可核查、可追溯。
（四）第四步：时域微分（位移→速度→加速度）
速度、位移传感器接入时走反向链路：时域逐点差分求变化率（位移→速度→加速度），差分间隔取采样间隔，段首尾按零位移边界处理。微分放大的高频噪声由系统抗混叠滤波保证带外干净。至此三个物理量两两互通，任何一种输入都能补全另外两个。
（五）第五步：峰值谱计算
右列三幅频域谱由加窗 FFT 幅值经过窗函数修正系数还原为真实的物理峰值单位（P-g、P-mm/s、P-mm），与主谱相同的窗处理口径，保证与主谱窗口数值可直接对照。波形直流分量可选择在积分前去除，避免零漂进入积分链。
五、参考标准
本模块算法与单位体系对应以下通用规范，全部为行业通行文本。
标准 / 规范 | 名称 | 与本模块的关系 |
ISO 10816 / GB/T 6075 | 机械振动 — 在非旋转部件上测量评价机器的机械振动 | 速度烈度考核口径，速度视图的评定依据 |
ISO 20816 | 机械振动 — 机器振动的测量与评价 | 新版机器振动评定体系（替代 ISO 10816 的演进方向） |
ISO 2041 / GB/T 2298 | 机械振动、冲击与状态测量 — 词汇 | 加速度 / 速度 / 位移的定义与单位体系 |
GB/T 13823 | 振动与冲击测量 — 描述与评定方法 | 振动测量单位与幅值表述（峰值 / 有效值口径） |
六、产品优点
与"一台仪器看一个量"的传统方案相比，本模块的价值集中在"一变三、不挑传感器、不挑单位"。
优点 | 客户价值 |
一只传感器、三量同出 | 不必为凑齐加速度 / 速度 / 位移买三套传感器和三台仪器 |
12 种输入 / 显示单位自动识别 | 进口传感器（ g 、 in/s 、 mil 口径）与国标口径混用不换算、不出错 |
积分 / 微分双向可逆 | 加速度计与位移探头信号在同一屏直接对照，交叉验证 |
截止频率自动设定 + 实时回显 | 积分漂移不用人工试凑滤波参数，自动结果可核查 |
2% 谱幅值判据 | 自动下限紧贴信号实际带宽，低频真实成分不误伤 |
Fs/2.56 抗混叠口径 | 积分带上限遵循行业安全口径，结果可与主流仪器互比 |
8 通道多线叠加 | 多测点同屏对比，相位关系与幅值差异一目了然 |
公制 / 英制一键切换 | 跨国项目交付零障碍，报告口径随客户习惯 |
六图同屏 + 双击放大 | 培训讲解、现场会诊、报告截图一个界面全够用 |
参数记忆 | 积分区间、滤波设置、初始速度关窗自动保存，下次开机即用 |
七、操作指导
本模块操作极简：选通道、看单位、按需开滤波，三步出结果。重点在参数含义的理解。
（一）操作流程
步骤 | 操作 | 说明 |
1 | 勾选通道 | 仅已开启的采集通道可勾选；默认勾选触发通道；多通道叠加对比 |
2 | 确认通道工程单位 | 通道复选框显示传感器单位，务必与实际传感器一致，换算才能正确 |
3 | 选择显示单位 | 三量显示单位独立下拉，公制英制任意组合 |
4 | 设置高通滤波 | 积分链建议开启；截止频率填 0 = 自动（界面实时回显生效值） |
5 | （可选）设置积分区间 | 起点 / 终点以 ms 计，避开无用段；去除直流可进一步抑制零漂 |
6 | 点刷新 / 实时观察 | 六图同步更新，随采集帧实时刷新 |
7 | 读图分析 | 左列看波形形态（冲击 / 拍振 / 削波），右列看谱峰定位频率 |
8 | 双击放大 / 置顶 | 任意图满屏放大便于讲解，窗口可置顶 |
（二）读图要领
现象 | 看哪个图 | 典型结论 |
加速度谱干净但位移波形漂 | 位移波形 + 低通截止回显 | 低频漂移未滤净，提高截止频率或改用自动 |
速度谱 1× 转频突出 | 速度谱 | 不平衡类故障，转速度烈度口径评定 |
加速度谱高频毛刺密集 | 加速度谱 + 加速度波形 | 轴承 / 齿轮类高频异常，转专项诊断 |
位移大而速度小 | 三量谱对照 | 低频主导（偏移 / 松动），位移口径更能说明问题 |
注意事项：① 通道工程单位必须与实际传感器一致，否则归一化系数错、三量全错；② 积分对低频敏感——传感器低频截止以下信号积分后不可信，关注低频时优先开启高通滤波并核对自动截止值；③ 位移探头微分求加速度会放大高频噪声，观察高频成分请优先使用加速度计直接测量；④ 频域谱为峰值口径（P-），与有效值（RMS）口径考核时注意换算关系；⑤ 积分区间过长对漂移敏感，过短损失分辨率，建议覆盖整数个振动周期。
八、读数解读案例
以图 1 的实测数据（正弦激励，CH1 加速度计，约 76 Hz 稳定周期波形）为例，示范三量联读的标准话术。
步骤 | 读数 | 解读 |
**步：看波形纯净度 | 加速度波形为幅值稳定正弦（约 ±1 g ），速度、位移波形同为同频正弦 | 单一频率主导的稳态振动，无冲击、无削波、无拍振 |
第二步：三量幅值互核 | 同一频率下 A 、 V 、 D 谱峰一一对应，比例符合积分关系（ V=2πf·D ， A=2πf·V ） | 积分链换算正确、无低频漂移污染 —— 这是向客户证明数据可信的关键一步 |
第三步：定位主频 | 三幅谱在同一频率出现主峰 | 主频**，转该频率对应的转频 / 结构特征频率定位振源 |
第四步：按口径下结论 | 速度谱峰值对应烈度水平 | 按 ISO 10816 速度口径评定等级；若考核间隙则转位移口径 |
这四步把"看图"变成"证明"：波形形态证明信号干净，三量互核证明换算正确，谱峰定位证明振源可查，口径评定证明结论有据。同一屏六幅图，就是一套完整的证据链。
T8-DSA 振动分析系列 · 加速度·速度·位移图形化分析（AVD）说明 · 本文档基于软件实际功能编写，算法细节以所列标准原文为准