Узкополосный спектральный анализ
Программа Узкополосный спектральный анализ предназначена для узкополосной спектральной обработки сигналов, поступающих с входных каналов модулей АЦП и анализаторов спектра (в реальном масштабе времени или в режиме воспроизведения записанных временных реализаций), а также просмотра различных спектральных характеристик сигналов.
Спектральный анализ используется для разделения сигналов на простейшие составляющие в частотной области. В основе данного типа анализа лежит принцип разложения временной реализации сигнала в частотный спектр с равномерным шагом по частоте с помощью преобразования Фурье.
При помощи программы Узкополосный спектральный анализ пользователь по форме спектра может определить наличие в измерительном канале тональных сигналов (дискретных составляющих) и шумовых компонент. Дополнительные возможности построения спектрограмм (в 2-мерном или 3-мерном виде) позволяют проследить динамику нестационарных процессов. Спектрограмма представляет собой спектрально-временное представление сигнала, рассчитанных за равные промежутки времени. Построение сечений спектрограммы по времени и по частоте позволяет измерить параметры нестационарных процессов.
Возможность получения максимальных и усредненных спектров и сравнение их с заданных спектром (нормой) позволяет легко определить различие между заданным и реальным уровнем спектров. Это необходимо при проведении различного вида мониторинга оборудования, входного/выходного контроля.
Одновременный спектральный анализ в различных частотных диапазонах одного и того же сигнала дает возможность наблюдать спектр как во всем частотном диапазоне (панорамный режим), так и детальный анализ спектра в выбранных частотных диапазонах. Это необходимо при наличии в сигнале высокочастотных и низкочастотных дискретных составляющих.
Высокое частотное разрешение (до 50 000 полос) позволяет с высокой точностью определить частоту стационарного тонального сигнала; разделить несколько близлежащих частотных компонент. Эта ситуация часто наблюдается при виброакустическом анализе различных механизмов с электрическим приводом. В окрестности 50 Гц, как правило, наблюдается несколько дискретных составляющих, связанных с электромагнитной наводкой, механическими колебаниями, например, связанными с вращением асинхронного электродвигателя. Как правило, все эти источники находятся в полосе не более 0,5 Гц.
При анализе шумовых компонент мешающим фактором является наличие дискретных составляющих на спектре. В программе имеется опция Очистка спектра от дискретных составляющих (ДС). Эта функция подавляет все стационарные тональные сигналы.
При виброакустическом анализе обычно используется пьезоэлектрические акселерометры. Эти датчики отдают сигнал, пропорциональный ускорению в точке крепления. Нормы на уровни вибрации и их спектральный состав часто задаются по виброскорости. Для того чтобы получить сигнал виброскорости, необходимо проинтегрировать по времени сигнал виброускорения. Для балансировки важно получать виброперемещение в точке крепления датчика. Двойной интеграл по времени сигнала виброускорения позволяет получить сигнал виброперемещения. Эти дополнительные функции интегрирования и дифференцирования сигнала реализованы в программе.
Для измерения уровня дискретных составляющих обычно используют измерение уровня среднеквадратического значения (СКЗ) в полосе фильтра. В этом случае уровень дискретной составляющей практически не меняется от полосы анализа. Для измерения уровня шумовых компонент необходимо измерять спектральную плотность мощности (СПМ), которая задается в единица измерения/√Гц. Это необходимо, так как спектральная плотность мощности шума не зависит от полосы анализа. Программа Узкополосный спектральный анализ позволяет рассчитывать спектры по СКЗ, СПМ и амплитудным значениям.
Дополнительные возможности программы
В программе «Узкополосный спектральный анализ» реализованы дополнительные функции, такие как:
- Многоканальный режим
- Расчёт резонансов
- Синхронизация
Многоканальный режим
При необходимости рассчитывать спектры сигналов по большому количеству каналов, пользователь может воспользоваться функцией Многоканальный режим.
Для расчета спектрв по нескольким каналам одновременно достаточно запустить одну программу «Узкополосный сректральный анализ» и в меню настройки программы в поле Многоканальный режим указать количество каналов и вырать один отображаемый канал для настройки его параметров.
Для сохраниения всех изменений в файле конфигураций, после настройки каждого канала необходимо установить фложок в строке Общий CFG и применить соответствующие настройки.
Синхронизация
Не редко на практике встречаются задачи, когда важно рассчитывать спектр сигнала в определённый момент времени или по определённому событию, для детального анализа поведения частотных составляющих исследуемого образца.
В программе Узкополосный спектральный анализ реализована функция синхронизации двух режимов работы:
- по каналу датчика оборотов
- по значению
По каналу датчика оборотов определяется тип синхромарок. Частота следования синхромарок должна быть не менее 1,5 Гц. Импульсы могут быть любой полярности и любой амплитуды.
Спектр рассчитывается в узкой полосе по сигналу с датчика оборотов. Данный вид анализа позволяет выделить сегмент спектра, вносящего наибольший вклад, на уровне общих помех. Удобен при анализе узлов конструкций, имеющих в составе вращающиеся механизмы.
Режим синхронизации по датчику оборотов
Узкополосный спектр без режима синхронизации
Узкополосный спектр с режимом синхронизации
Синхронизация расчета спектра также может осуществляться по значению при установленных вариантах:
- больше положительного значения;
- между ними;
- меньше отрицательного значения;
или по амплитуде при выставленном пороге сигнала:
- больше порога;
- меньше порога.
Настройка отображения графиков
При желании, пользователь может настроить отображение графика в программе Узкополосный спектр по своему усмотрению. Для вызова панели настройки параметров графика, необходимо активировать правую кнопку «мыши» сетке графика.
Для настройки пользователю доступны:
- настройка размерности вертикальной и горизонтальной шкалы (равномерная, логарифмическая, децибельная/1/n октавная);
- настройка параметров сетки;
- настройка параметров отображения — тип линий, цвет графика, толщина линий и пр.;
- настройка цвета сетки и размера шрифта;
- добавление окон с подсказками — заметка на графике с привязкой к определённой точке с возможностью добавления пояснений.
Основные функции программы
- измерение уровней сигнала в узких спектральных полосах. Количество полос может быть равным степени 2 (64, 128, 256, 512, 1024, 2048, …, 32768) или произвольным целым (50, 100, 200, 500, …, 50 000);
- динамический диапазон спектрального анализа: 170 дБ;
- усреднение анализируемого сигнала: от 0,01 до 1000 с;
- типы усреднения: линейное, экспоненциальное;
- использование весовых функций: прямоугольная, Хана, Хэмминга, Блэкмана, Барлета;
- интегрирование/дифференцирование сигнала;
- обработка сигналов по алгоритмам: быстрое (БПФ) и дискретное (ДПФ) преобразования Фурье;
- тип представления анализируемого сигнала: спектральная плотность, спектральная мощность, среднее квадратичное или амплитудное значение;
- возможность использования медианного фильтра для очистки спектра от дискретных составляющих.
- расчет и отображение кепстра сигнала (обратное преобразование Фурье);
- расчет и отображение проходной характеристики;
- расчет и отображение спектрограмм в режиме 2-мерной топографической карты с отображением уровней по цветам и в режиме 3-мерной карты;
- расчет и отображение графиков максимальных и средних значений за заданный промежуток времени;
- возможность наложения нормирующего графика для оценки характеристик переходных процессов;
- анализ гармонических составляющих;
- запись и чтение конфигурации программы для облегчения проведения измерений в случаях, когда требуется повторяемость действий;
- встроенная коррекция амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).
Частотный диапазон анализа в программе Узкополосный спектр для анализаторов спектра ZET 017-U
| Частота дискретизации устройства f, Гц |
Диапазон, Гц Частотное разрешение, Гц |
||||
|---|---|---|---|---|---|
| 50 000 | 0…20 000 | 0…2 000 | 0…200 | 0…20 | 0…2 |
| от 0,5 до 500 | от 0,05 до 50 | от 0,005 до 5 | от 0,0005 до 0,5 | от 0,00005 до 0,25 | |
| 25 000 | 0…10 000 | 0…1 000 | 0…100 | 0…10 | 0…1 |
| от 0,25 до 250 | от 0,025 до 25 | от 0,0025 до 2,5 | от 0,00025 до 0,25 | от 0,000025 до 0,025 | |
| 5 000 | 0…2 000 | 0…200 | 0…20 | 0…2 | 0…0,2 |
| от 0,05 до 50 | от 0,005 до 5 | от 0,0005 до 0,5 | от 0,00005 до 0,05 | от 0,000005 до 0,005 | |
| 2 500 | 0…1000 | 0…100 | 0…10 | 0…1 | 0…0,1 |
| от 0,25 до 25 | от 0,025 до 2,5 | от 0,0025 до 0,25 | от 0,00025 до 0,025 | от 0,000025 до 0,0025 | |
Частотный диапазон анализа в программе Узкополосный спектр для анализаторов спектра А19
| Частота дискретизации устройства f, Гц |
Диапазон, Гц Частотное разрешение, Гц |
||||
|---|---|---|---|---|---|
| 250 000 | 0…100 000 | 0…10 000 | 0…1 000 | 0…100 | 0…10 |
| от 2,5 до 2500 | от 0,25 до 250 | от 0,025 до 25 | от 0,0025 до 2,5 | от 0,00025 до 0,25 | |
| 50 000 | 0…20 000 | 0…2 000 | 0…200 | 0…20 | 0…2 |
| от 0,5 до 500 | от 0,05 до 50 | от 0,005 до 5 | от 0,0005 до 0,5 | от 0,00005 до 0,25 | |
| 25 000 | 0…10 000 | 0…1 000 | 0…100 | 0…10 | 0…1 |
| от 0,25 до 250 | от 0,025 до 25 | от 0,0025 до 2,5 | от 0,00025 до 0,25 | от 0,000025 до 0,025 | |
| 5 000 | 0…2 000 | 0…200 | 0…20 | 0…2 | 0…0,2 |
| от 0,05 до 50 | от 0,005 до 5 | от 0,0005 до 0,5 | от 0,00005 до 0,05 | от 0,000005 до 0,005 | |
| 2 500 | 0…1000 | 0…100 | 0…10 | 0…1 | 0…0,1 |
| от 0,25 до 25 | от 0,025 до 2,5 | от 0,0025 до 0,25 | от 0,00025 до 0,025 | от 0,000025 до 0,0025 | |
| 500 | 0…200 | 0…20 | 0…2 | 0…0,2 | 0…0,02 |
| от 0,005 до 5 | от 0,0005 до 0,5 | от 0,00005 до 0,05 | от 0,000005 до 0,005 | от 0,0000005 до 0,0005 | |
| 250 | 0…100 | 0…10 | 0…1 | 0…0,1 | 0…0,01 |
| от 0,0025 до 2,5 | от 0,00025 до 0,25 | от 0,000025 до 0,025 | от 0,0000025 до 0,0025 | от 0,00000025 до 0,00025 | |
Поддерживаемое оборудование
Входными данными программы Узкополосный спектр являются цифровые данные канала сервера ZETLAB.
Программа Узкополосный спектр входит в состав следующего ПО:
- ZETLAB BASE – программное обеспечение, поставляемое с модулями АЦП/ЦАП,
- ZETLAB ANALIZ – программное обеспечение, поставляемое с анализаторами спектра,
- ZETLAB VIBRO – программное обеспечение, поставляемое с системой управления вибростендами,
- ZETLAB TENZO – программное обеспечение, поставляемое с тензостанциями,
- ZETLAB SEISMO – программное обеспечение, поставляемое с сейсмостанциями,
- ZETLAB NOISE – программное обеспечение, поставляемое с виброметром-шумомером,
- ZETLAB SENSOR – программное обеспечение, поставляемое с цифровыми датчиками ZETSENSOR.
Узкополосный спектр входит в группу программ Анализ сигналов