转速曲线生成器

阶次分析需要转速参考。当测量时没有接转速计 — 或者转速通道缺失、噪声太大、无法使用 — 转速曲线生成器可以从声音或振动信号本身出发,通过在频谱图上跟踪一条主导阶次脊线来重建转速曲线。合成出的曲线会作为一条附加通道与原始数据一起写入新的 HDF 文件,可直接用于驱动阶次谱、阶次切片和坎贝尔图。

转速曲线生成器是离线工具,处理的是已录制的文件,而非实时采集。如果您的测量链路本身提供转速或脉冲信号,请优先使用它 — 实测转速信号始终比跟踪得到的更准确。

打开转速曲线生成器

开始菜单 → 编辑 → 离线转速提取 — 打开空白工具,再用 打开 HDF 文件…载入文件。
在文件树中右键文件 → 打开方式 → 离线转速提取 — 打开工具并直接载入该文件。

本工具在会话期间保留文件、设置和已检测出的曲线,因此可以切换到其它页面再返回。

界面布局

区域	内容
顶部工具栏	打开 HDF 文件、运行 RPM 检测、保存 RPM 曲线到 HDF、重置参数为默认值、绘制模式、撤销上一次手绘修正。右侧显示进度条与状态信息。
左侧面板	自上而下六个分区:源文件、频谱图显示、突出阶次、检测区域、估计、平滑和输出。
上方图	所选通道的频谱图。这是主要的操作面:拾取点在这里放置,绘制模式下也在这里修正跟踪脊线。
下方图	检测得到的转速-时间曲线。

两幅图的右下角都有一个小的重置缩放按钮。

载入文件与选择通道

点击打开 HDF 文件…,选择一份 HEAD 时域数据 .hdf 录音。
在源文件分区的下拉框中选择要跟踪的通道。请挑选目标阶次清晰可见的通道 — 通常是靠近机器的传声器,或安装在壳体上的加速度计。
通道列表下方以采样率、时长和采样点数的形式显示文件信息。

载入文件(或切换通道)时,检测时间范围会自动设为整段录音,检测频率上限设为采样率的一半, 随后重建频谱图。

频谱图显示

频谱图设置只影响显示效果,不改变检测结果。请调整到目标阶次脊线清晰可辨为止。

设置	分区	可选值	默认值	作用
频谱大小	源文件	128 … 32768	2048	FFT 长度。值越大频率分辨率越细,阶次脊线越细、越易分离,但会模糊快速的转速变化。
重叠	频谱图显示	2、4、8	4	相邻谱之间的重叠量。值越大沿时间轴的画面越平滑。
对数频率轴	频谱图显示	开 / 关	开	对数频率轴。推荐开启, 因为这样低阶次及其谐波能同时保持可见。

对于跨越较宽转速范围的慢升速,可从较大的频谱大小(4096 或 8192)入手,以获得锐利的脊线。对于快速升速,请降到 1024 或 512,避免脊线被拖糊。

突出阶次:引导跟踪器

机器频谱图中通常含有多条平行脊线 — 基频、各次谐波以及其它轴的阶次。要告诉跟踪器该跟随 哪一条,请直接在脊线上放置突出阶次拾取点。

把阶次:设为该脊线所代表的阶次。轴基频对应 1;23 齿的齿轮啮合对应 23;4 叶风扇对应 4。
在频谱图上正对脊线 Ctrl+单击。会出现一个洋红色标记,同时表格中新增一行, 带有其时间 [s] 和频率 [Hz]。
沿脊线再加几个拾取点 — 通常起点附近、中段、终点附近各一个就够了。
直接编辑某个拾取点的时间或频率单元格即可微调;离开单元格后标记随即移动。

用添加可手动插入一行,用移除可删除选中行。

阶次值决定数值结果:转速按 RPM = 频率 / 阶次 × 60 计算。若跟踪的是齿轮啮合脊线却把阶次留在 1,得到的曲线会高出 23 倍。修改阶次会同步更新全部已有拾取点,因此请在解读结果之前先设好它。

检测参数

字段	分区	单位	默认值	含义
时间…(起 – 止)	检测区域	s	整个文件	参与分析的时间范围。可缩窄以排除录音首尾的怠速或停机段。
频率…(起 – 止)	检测区域	Hz	10 – 采样率的一半	搜索脊线的频带。把该频带收窄到脊线附近,是防止跟踪器跳到相邻阶次最有效的手段。
Δt [ms]	估计	ms	200	块长度。每个块产生一个转速估计值,因此值越小时间分辨率越高,但每个估计值的频率分辨率越粗。
σ [%]	估计	%	15	相邻块之间预期的最大频率变化, 以前一个估计值的百分比表示。值小则跟踪器锁定牢固但跟不上快速升速;值大则什么都跟得上 — 包括错误的脊线。
缓存	估计	块	5	用多少个历史估计值求平均来预测脊线下一步的位置。值越大跟踪器越稳、惯性越大。
启用移动中值	平滑	—	关	对完成的曲线施加移动中值, 可去除孤立离群点而不把升降速段抹圆。
长度 [ms]	平滑	ms	500	中值窗口宽度。仅在勾选平滑复选框时生效。

工具栏的重置参数为默认值可恢复以上全部设置;时间和频率范围会按当前载入的信号重新设定。

运行检测

点击运行 RPM 检测。进度条按块显示进度。
检测得到的曲线出现在下方图中,同时以亮绿色叠加线的形式出现在频谱图上。
状态栏报告结果,例如 Done — 312 points, 820 – 6015 rpm。

请务必核对频谱图上的亮绿色叠加线,而不能只看下方图中的曲线。看上去平滑合理的曲线仍可能跟错了脊线;只有叠加线能显示跟踪器是否始终停在您选定的那条脊线上。

手动修正曲线

若跟踪器在某一段滑到了相邻阶次上,不必重跑整个检测 — 直接重画那一段即可:

点击工具栏的绘制模式。频谱图上会出现横幅提示。
在频谱图上按住鼠标左键,沿正确的脊线在出错区段上拖动。青色预览线跟随指针。
松开鼠标。转速曲线会按绘制的频率、在您所覆盖的时间跨度内重新计算,曲线其余部分不受影响。
对其它出错区段重复上述操作,或点击撤销上一次手绘修正回退。
再次点击绘制模式退出该模式。

绘制使用与检测相同的阶次值,因此修正段与自动跟踪段换算成转速的方式完全一致。绘制模式只有在检测成功运行之后才可用,重新运行检测会清空撤销历史。

输出与保存为 HDF

输出分区控制曲线如何写出:

字段	默认值	含义
通道	`RPM`	输出文件中新通道的名称。
Fs [Hz]	1000	转速通道期望的采样率。该值会被吸附到与文件中既有采样率相容的速率上;若发生了调整,状态信息会予以说明。
物理量	RPM	输出的物理形式:`RPM`(转/分)、 `频率 (Hz)`(转/秒)或`角速度 (rad/s)`。

点击保存 RPM 曲线到 HDF…。
接受或修改文件名;建议名称为源文件名加 _RPM。
点击"保存"。

输出文件中包含全部原始通道,保持原样、保持各自的原采样率,外加新的转速通道。源文件不会被写回。状态栏会确认写出的内容,例如 Saved 8 original + 1 RPM channel to: Run01_RPM.hdf (RPM rate 1000 Hz)。

由于块长度决定了转速估计值的产生频次,内部曲线远比输出采样率稀疏 — 按默认的 200 ms 块长度计算,每秒只有五个估计值。曲线在保存时会插值到所选的输出采样率上。

典型流程

在文件树中右键该录音,选择打开方式 → 离线转速提取。
选择阶次成分最清晰的通道。
调整频谱大小直到阶次脊线锐利。保持对数频率轴开启。
确定要跟踪的脊线,并在阶次:字段中填入其阶次。
沿该脊线 Ctrl+单击三到四个拾取点。
在检测区域中把频率…收窄到整段运行中只包含该脊线的频带, 并把时间…裁到升降速段本身。
点击运行 RPM 检测。
对照频谱图核对亮绿色叠加线。若某段有误,请收窄频带或减小 σ 后重跑;若只是短短一段出错,可用绘制模式修正。
曲线有噪声时勾选启用移动中值,再运行一次。
设定输出的名称、采样率和物理量,然后点击保存 RPM 曲线到 HDF…。
把新文件载入分析 Pool,把该转速通道用作阶次分析的 RPM 参考。

问题排查

现象	原因与处理
曲线在两个电平之间来回跳。	跟踪器在相邻阶次之间切换。请收窄检测频带、沿正确脊线增加突出阶次拾取点,或减小 σ。
曲线跟不上快速升速,拐角被抹平。	先验过于迟钝。请增大 σ、减小缓存大小, 并缩短 Δt。
曲线毛刺多、噪声大。	脊线相对背景太弱。请增大 Δt 以提高每个估计值的频率分辨率、增大缓存,并启用移动中值。
整条曲线是期望转速的一个固定倍数。	阶次值与所跟踪的脊线不匹配。请改正后重跑。
首尾怠速段跟丢了脊线。	那里本就没有可跟踪的脊线。请把检测时间范围限制到升降速段。

注意事项与限制

输入必须是 HEAD 时域数据 .hdf 文件,输出也以同样的格式写出。
突出阶次拾取点是给跟踪器的引导,而非固定锚点 — 得到的曲线不一定精确穿过这些点。
小于 1 的阶次值按 1 处理。
工具栏中的状态信息在各语言界面下均以英文显示。
合成曲线是由信号推算出的估计值。在对转速绝对精度有要求的场合 — 例如认证测量 — 请改为录制真实的转速或脉冲信号。