2. 声振联合诊断数据采集系统搭建与通道标定
系统组成与信号链
本案例要搭建的联合采集系统由四类硬件构成：振动加速度计（ICP型，灵敏度约100 mV/g）、声压传感器（预极化自由场传声器，灵敏度约50 mV/Pa）、多通道数据采集卡（支持IEPE激励与同步采样）、以及同步触发链路。同步触发链路的作用是让振动与声通道在同一时钟沿启动采样，避免通道间出现整采样点级别的错位。
信号链的走向是：机械振动/声辐射 → 传感器（电荷/电压转换）→ IEPE恒流源激励与交流耦合 → 采集卡抗混叠滤波 → ADC同步采样 → 数字数据流。标定的本质是确定"物理量→数字量"的换算系数，并验证各通道在时间轴上的一致性。
通道灵敏度标定
标定的目标是得到每个通道的"工程单位/数字量"换算系数。振动通道用已知加速度激励（如校准器输出10 m/s²、159.15 Hz正弦），声通道用声校准器（如94 dB SPL、1000 Hz）。采集一段稳定信号后，读取数字量的有效值，与标准物理量相除即得灵敏度。
以振动通道为例：校准器输出加速度有效值 a_ref = 10 m/s²，采集卡读到的电压有效值 U_rms = 0.985 V（示例数据），则通道灵敏度 S_v = U_rms / a_ref = 0.0985 V/(m/s²)。若传感器标称100 mV/g，换算为 0.100 V/(m/s²)（1 g ≈ 9.81 m/s²，100 mV/g ≈ 10.19 mV/(m/s²)），实测值与标称值偏差约3.3%，属于可接受范围，但应以实测系数写入采集配置。
声通道同理：声校准器 94 dB SPL 对应声压有效值 p_ref = 1.0 Pa（94 dB ≈ 20·log10(p/20µPa)），若读得 U_rms = 0.0498 V，则 S_p = 0.0498 V/Pa。将两个系数分别写入采集软件的通道换算表，后续所有幅值都以 Pa 和 m/s² 输出，才能做声振幅值对比。
相位一致性校验
幅值标定只保证"量值可比"，相位一致性才保证"时间可比"。校验方法：用一个共用激励源同时驱动振动与声通道（例如将同一正弦信号经分路器送入两通道，或把振动台台面振动同时被加速度计和传声器拾取），采集后计算两通道互谱相位。在激励频率处，理想相位差应接近0°（同源同相）或为已知固定值。
若测得相位差随频率线性增长，说明两通道存在固定时间延迟 Δt，可由 φ = 2πf·Δt 反推。例如在 500 Hz 处测得相位差 18°，则 Δt = 18/(360×500) ≈ 0.1 ms。若该延迟超过采样周期的十分之一（51.2 kS/s 时采样周期约19.5 µs，0.1 ms 已明显超限），需检查触发链路是否真正共用启动沿，或通道间是否存在模拟滤波群延迟差异。
采集配置与验证判据
| 项目 | 示例设置 | 验证判据 |
|---|---|---|
| 采样率 | 51.2 kS/s（两通道相同） | 满足抗混叠，且两通道采样率一致 |
| 振动灵敏度 | 0.0985 V/(m/s²) | 与标称偏差 < 5% |
| 声灵敏度 | 0.0498 V/Pa | 与标称偏差 < 5% |
| 触发方式 | 共用时钟、同一启动沿 | 互谱相位在激励频率处接近预期值 |
| 通道延迟 | 由相位差反推 | Δt < 采样周期的 1/10 |
完成上述标定与校验后，系统输出的振动与声信号在幅值上可换算到统一工程单位，在时间上对齐到同一采样网格，满足后续联合特征提取与故障判别的前提条件。