船舰振动信号采集与数据分析研究

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1、上海交通大学硕士学位论文船舰振动信号采集与数据分析研究硕士研究生：沙长源学号：1120359013导师：蔡萍申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：上海交通大学答辩日期：2015年1月19日授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterShipVibrationDataAcquisitionSystemandDataAnalysisCandidate：ShaChangyuanStude

2、ntID:1120359013Supervisor：Prof.CaiPingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandEngineeringAffiliation：ShanghaiJiaoTongUniversityDateofDefence：January19,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学学位论文原

3、创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《船舰振动信号采集与数据分析研宄》，是本人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：2〇

4、r年/月2?日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允

5、许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在__年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密SZ。(请在以上方框内打“V”）学位论文作者签名：日期：2町年

6、月#日上海交通大学硕士学位论文摘要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

7、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Fla

8、sh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SlaveFIFO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

9、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上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTShipVibrationDataAcquisitionSystemandDataAnalysisABSTRACTShipvibrationisoneofthemainfactorsaffectingthehabitabilityofmerchantshipsdegradingthedu

10、rabilityoftheships’structureandstealthperformanceaswell.Severevibrationevenaffectsthenormaloperationofship.Estimatingthevibrationofshipsisimportantforbothvibrationisolateddesigningandevaluatingwhethert