Измерение резонансной частоты в ручном режиме

В этой статье мы опишем как использовать ПО ZETLAB для поиска резонансов и измерения их частот.

Резонанс — это явление увеличения амплитуды колебаний системы от периодического действия внешней силы. Частота действия внешней силы, при которой колебательная система достигает максимальной амплитуды колебаний, называется резонансной частотой.

Обычно, в системе присутствует не одна, а много резонансных частот и поиск их всех может занять немало времени. Поэтому для решения задач поиска резонансных частот и вычисления их параметров было создано немалое количество различных аппаратных и программных средств.

Запустите программу «Фильтрация», задайте в ней несколько каналов, в которых включите «Действительный резонанс», задайте для каждого канала собственную частоту и декремент затухания. Источником для фильтрации выберите один и тот же канал анализатора. Исходный канал должен быть подключен к выходу генератора.

Запустите программу «Формула» и задайте в строке формулы сумму исходного канала для фильтрации и каналы фильтрации.

Запустите программу «Генератор сигналов», выберите в ней вкладку «шум», задайте небольшой уровень и тип шума «Белый».

Запустите программу «Узкополосный спектр», в настройках выберите канал от программы «Формула» и убедитесь, что на всех заданных частотах отчётливо видны пики в спектре.

Чтобы определить резонансную частоту наведите курсор на пик в спектре и запишите значение частоты в левом верхнем углу. Для того чтобы повысить точность определения резонансной частоты можно уменьшить частотное разрешение и увеличить время усреднения. Можно включить дополнительный график среднего спектра.

В программе «Взаимный узкополосный спектр» есть окно, в котором происходит расчёт параметров резонансов, их отображение на графиках и в таблицах и регистрируется изменение этих параметров во времени. Окно «Анализ резонансов» включается в настройках программы. Также в настройках желательно задать достаточно большое время усреднения, чтобы получить более точные и устойчивые результаты.

В окне анализа резонансов необходимо задать частотный диапазон, в котором будет производиться поиск резонансов. Резонансы с частотами вне диапазона рассчитываться не будут. В нижней части окна на графике показывается изменение параметров резонансов во времени. Если резонансная частота изменяется не сильно, а между обнаруженными частотами достаточное расстояние, то на графике можно увидеть как будут изменяться параметры, например, при постепенной деформации и разрушении испытуемых образцов во время виброиспытаний на прочность.

Поиск резонансов в ручном режиме может оказаться полезным в случае высокодобротных резонансов, измерить которые достаточно точно спектральным методом весьма затруднительно из-за их небольшой ширины. Тем не менее по спектру можно определить область поиска и начальные параметры.

Запустите программу «Генератор сигналов», выберите вкладку «ЛинЧМ», задайте начальную и конечную частоту достаточно близкими к резонансной, небольшой уровень сигнала, небольшую длительность цикла, установите галочки «В обе стороны» и «Цикл» и включите. Чем больше длительность цикла, тем точнее будет результат.

Запустите программу «Вольтметр переменного тока» и выберите канал формулы. Запустите программу «Частотомер» и выберите канал генератора. Время усреднения во обеих программах задайте 1 секунда.

Через несколько циклов качания частоты вы легко увидите на какой частоте достигается максимум по каналу формулы. После это необходимо уменьшить в «Генераторе сигналов» диапазон частот таким образом, чтобы определённая частота оказалась в середине нового диапазона. Длительность развёртки нужно установить прежнюю.

Через несколько подобных итераций вы определите резонансную частоте достаточно точно.

Если во время этого процесса запустить дополнительно программу «Многоканальный самописец» и настроить её на два канала, то поиск резонансной частоты станет более наглядным.

Резонансную частоту часто путают с собственной частотой колебательной системы. Если колебательную систему вывести из состояния покоя и отпустить, то она через некоторое время вернётся в исходное состояние, совершая затухающие колебания. Частота этих затухающих колебаний и называется собственной частотой. Значения частот резонансной и собственной очень близки друг к другу и их разница тем меньше, чем больше добротность колебательной системы. Поэтому очень важно понимать что и каким образом измеряется во время эксперимента.