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采样定理在监测中的应用

Sampling Theorem in Monitoring

监测系统的采样率必须高于被测信号最高频率的 2 倍——这是采样定理的基本要求，但工程上要留 5-10 倍余量。

采样定理

Nyquist-Shannon 采样定理：采样率 f_s 必须大于被测信号最高频率 f_max 的 2 倍，否则会发生混叠（aliasing）。

f_s > 2 × f_max

混叠会导致高频信号"伪装"成低频信号，无法通过后续处理还原。

不同监测对象的信号频率差异巨大：

关键：选错采样率会丢失关键信息。用 1 min 采样率测水锤（持续 0.5 秒）等于完全采样不到。

理论要求 f_s > 2 f_max，工程上建议 f_s > 5-10 f_max，原因：

混叠在数据上表现为：

对策：在 AD 转换前加抗混叠滤波器（低通滤波器），截止频率设在 f_s/2 以下。

某泵站 1 min 轮询监测压力，但水锤是 0.5 秒过程。结果：

解决：水锤等瞬变过程用独立高速通道（10 Hz 以上），不能靠 1 min 轮询。

某振动监测站 100 Hz 采样，但轴承故障特征频率在 5 kHz。结果：

解决：振动监测采样率至少 10 kHz，且加抗混叠滤波器。

多台设备协同分析（如上下游传播延迟）需要同步采样。各设备独立采样时：

解决：用统一时钟源（GNSS 或 NTP），所有设备同步采样，时间戳精度到毫秒。