功率谱密度计算公式的推导过程(功率谱和功率谱密度的区别)

某单机的随机振动试验条件如下表所示。频率范围(Hz)功率谱密度(g2/Hz)10~100 3dB/oct100~6000.2600~2000-9dB/oct均方根加速度12.81g时间2min方向x/y/z

画出其功率谱密度曲线,如图1所示,是由平直谱和斜线谱组合的简单谱。

功率谱密度计算公式的推导过程(功率谱和功率谱密度的区别)

图1 某单机随机振动的激励谱

图1中,频率在100Hz~600Hz范围内,功率谱密度函数为一个常数,这种随机过程称为“白噪声”随机过程,表示在该频带内,系统的输入加速度均方值是恒定的,为0.2g2/Hz。

图1中,”非白噪声谱“的区域是用倍频程带宽增加或减少的分贝数表示的,因此需要转换为功率谱密度函数值,才能供计算分析使用。其转换公式推导如下:设斜线段的功率谱密度函数为S,频率为f,f0=100Hz,S0=0.2g2/Hz,β为斜线段的斜率,则:

图2 PSD斜线谱的计算公式推导

延申
1.白噪声

由于白光是由各种频率(颜色)的单色光混合而成的,因而这里信号的这种具有平坦功率谱的性质被称作是“白色的”,此信号也因此被称作“白噪声”。相对的,其他不具有这一性质的噪声信号被称为“非白噪声谱“或”有色噪声谱“。

功率谱密度(power spectral density, PSD)曲线用双对数坐标给出,所以计算的时候要注意。为什么要用对数坐标给出?因为频率范围宽,用普通坐标画的话图纸需要很大,不方便。

参考文献

[1]陈砚圃,卞正中,张介秋.信号功率谱密度的物理基础[J].电子学报,2001(11):1578-1581.

[2]于治会.分贝的计算及应用[J].凿岩机械气动工具,2000(02):60-63.

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