T8-DSA-302 自功率谱（APS）功能说明

窗函数 · 谱平均 · 八种量纲标度 · 速度谱与位移谱 · 一键导出 Excel

执行摘要

本手册介绍 T8-DSA 动态信号分析仪的自功率谱（APS）分析功能：设备振动信号经采集、加窗、FFT 变换、功率修正、谱平均与工程量纲换算后，以"每条谱线多少工程单位"的方式直观呈现振动能量随频率的分布。软件内置十种窗函数、五种平均方式、八种量纲标度，并支持加速度谱一键积分换算速度谱与位移谱，分析结果可一键导出 Excel 报表。手册覆盖计算原理、场景选择、标准依据、操作步骤与真实信号读数案例，可直接作为设备工程师的作业指导与演示材料。

一、自功率谱功能概述

自功率谱（Auto Power Spectrum，APS）描述振动信号的能量在各频率成分上的分布：把一段时间波形变换到频域，逐条谱线计算幅值的平方，得到"哪个频率、有多大能量"的定量曲线。与时域波形相比，功率谱能直接读出故障频率、共振峰与背景噪声水平，是机械状态监测、产品检验与故障诊断中最基础、使用最频繁的频域分析工具。

T8-DSA 将这一分析完整集成在实时测试主界面中：信号采集的同时，每一帧数据自动完成"加窗 → FFT → 功率修正 → 谱平均 → 工程量纲换算"全链路计算，谱曲线随试验进程实时刷新，无需离线二次处理。

一句话理解：时域波形回答"振动有多剧烈"，自功率谱回答"振动能量藏在哪些频率上"。找故障频率、找共振峰、对比检修前后变化，看的都是自功率谱。

除自功率谱外，同一曲线设置界面还提供线性谱、功率谱密度（PSD）、互功率谱、相干函数、频响函数（FRF）、自相关/互相关、概率分布、倍频程、声压级等二十种曲线类型，各种曲线共用同一套采集、加窗与平均机制，一次设置即可并行对比分析。

图 1　实时测试主界面：左侧为分析参数设置区（采样频率、分析谱线、加窗函数、数据平均），右侧四窗格同屏显示时域波形与功率谱曲线(根据测量需要可以打开更多测量窗口)

二、应用场景

三、测量目的与意义

自功率谱测量的本质，是把"看不见的振动"变成"可量化的工程指标"。

定量而非定性：每条谱线直接读出工程单位峰值或均方根值（g、mm/s、μm），可与标准限值逐线比对，杜绝"感觉振动大"式的经验判断；

能量守恒的可信度：内置窗函数功率修正与幅值修正系数，保证加窗分析前后信号总能量一致，谱读数可直接用于报告与验收；

平均压低随机干扰：通过多次谱平均，随机噪声成分相互抵消，稳定的周期性故障成分凸显，微弱早期故障得以提前发现；

一次采集多域评价：同一帧数据可同时输出加速度、速度、位移三种量纲的谱，满足不同标准的评价口径，避免重复试验；

留档可复现：谱数据与曲线可一键导出 Excel，检验报告、趋势台账、故障对比直接取用。

四、算法原理与计算流程

本章按数据流顺序拆解自功率谱的完整计算过程。全部环节由软件在每一帧数据上自动完成，工程师只需理解原理即可，无需手工干预。

（一）计算流程总览

Gxx(f) = |X(f)|² × K_p　，其中 K_p = n / Σw²(i) 为窗函数功率修正系数

（二）窗函数：为什么要加窗，十种窗怎么选

FFT 分析只能截取有限长度的信号，相当于给信号"强行掐断"，会在谱线上产生拖尾（泄漏），使峰值读数偏低、旁瓣虚假抬升。加窗就是用一条两端趋零的平滑曲线对信号加权，抑制掐断处的突变。软件内置十种窗函数：

修正系数自动匹配：切换窗函数时，软件自动重算三个修正系数——幅值修正（单频峰值校准）、功率修正（总能量校准）与等效噪声带宽 ENBW（如汉宁窗 1.5、平顶窗约 3.77），后续所有标度换算自动使用，用户无需手工查表。

（三）谱平均：让稳定的故障成分浮出来

随机干扰在单帧谱上起伏剧烈，而故障频率成分每帧都稳定出现在同一位置。对多帧功率谱做逐线平均，随机成分相互抵消、稳定成分保留，谱线底噪明显下降。软件提供五种平均方式：

线性平均：Ā_k = A_k / k + Ā_k-1 × (1 − 1/k)　　指数平均：Ā = A_新 / N + Ā × (1 − 1/N)

（四）八种量纲标度与速度/位移谱

同一份功率谱可以按八种标度显示，覆盖"峰值 / 均方根 / 平方 / 谱密度"三大口径，全部由软件自动换算：

其中 EU 为通道工程单位（加速度通道即 g 或 m/s²）。

速度谱与位移谱由加速度谱在频域逐线积分换算——对每条谱线，加速度与速度、位移满足确定的频率比例关系：

V(f) = A(f) / (2πf)　　D(f) = A(f) / (2πf)² × 1000（mm）

换算自动识别通道单位（g、m/s²、mm/s²、in/s² 等 13 种）并归一化，输出 m/s·pk 速度谱与 mm·pk 位移谱。这样，同一帧加速度采集即可同时满足"加速度判高频、速度判中频、位移判低频"的标准评价习惯，无需更换传感器重复试验。

图 2　图形显示曲线设置：曲线类型（自功率谱 ASP 等 20 种）、通道 A/B 指定、缩放量纲（EUpk~EUrms/√Hz 及速度/位移谱）、平均与重叠方式一次配置完成

五、参考标准

使用提示：不同设备类别应选用对应标准的界限值与量纲口径（如水电机组用位移、通用机械用速度）。本软件提供同一帧数据多量纲并行显示，选对评价口径即可，无需重复测量。

六、产品优点

七、操作指导

以下三组步骤覆盖从参数设置到数据导出的完整操作链路，全部在主界面与曲线设置对话框内完成。

（一）设置分析参数与窗函数

在主界面左侧参数区选择采样频率（如 5120 Hz）与分析谱线（如 800 线），软件自动显示频率分辨率（2.5 Hz）与帧周期；

在加窗函数下拉框选择窗类型——常规振动分析选"汉宁窗"，幅值精确标定选"平顶窗"，锤击试验选"力/指数窗"；

切换窗函数后软件立即重算修正系数并重置平均，无需其他操作。

（二）配置自功率谱曲线与平均

打开图形区域右键"图形显示曲线设置"（见图 2）；

在曲线类型列表选择自功率谱（ASP），在通道 A/B 勾选要显示的通道；

在"缩放"栏选择量纲——常规选 EUpk，报告评价选 EUrms；需要低频评价时选择 EUVelo（速度谱）或位移谱；

在"平均"栏勾选平均并设定方式与次数（稳态测试推荐线性平均 10 次），点击"确定并自动调整坐标"；

主界面点击"开始"即进入实时谱分析，"重新平均"按钮可随时清零重新累计。

（三）读数与导出

在谱图上移动游标读取目标频率处的谱值，Y 轴标注已含量纲（如"功率谱.EUpk(g)"）；

开启峰值标记可自动捕捉**谱峰及其频率；

在曲线图上右键选择"保存为 Excel"，软件将当前窗口全部可见曲线（含 X 轴频率列与坐标单位、时间戳、曲线名称）写入表格并自动打开，可直接另存归档；同菜单还提供"保存为 Text"与"保存为 BMP"图片。

注意事项：① 更换窗函数或平均参数后，历史平均自动清零，谱线需要重新累积稳定，请等待平均次数达到设定值再取数；② 速度/位移谱由加速度谱积分换算，谱线低频段（接近 0 Hz）的积分误差天然偏大，低频评价请结合位移传感器数据共同判断；③ 导出 Excel 依赖本机安装 Microsoft Excel 或兼容组件。

八、读数案例

以一次定频正弦标定试验为例，演示自功率谱的完整读数流程。

（一）案例背景与操作步骤

（二）判读要点

峰位判来源：谱峰频率与转速频率、轴承特征频率、啮合频率逐一对应，即可锁定振动来源；

峰高判程度：峰值读数与标准界限值比对（速度谱按 ISO 20816 区域），超标即预警；

底噪判信噪比：平均后底噪越低，微弱故障越容易被发现，若底噪始终偏高优先检查接地与传感器安装；

趋势判劣化：同工况下定期导出谱表，对比峰值的漂移与新增谱线，劣化趋势早于绝对值报警。

本手册适用于 T8-DSA 动态信号分析仪自功率谱分析功能的培训。各参数与量纲选项以软件实际界面为准；更详细的窗函数选取建议、标准界限值表与工程案例，请与我们的应用工程师联系获取。