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.

Узкополосный спекртальный анализ в ZETLAB

Спектрограмма

Узкополосный спектральный анализ в ZETLAB

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 32 000 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.

Основные функции программы

  • измерение уровней сигнала в узких спектральных полосах. Количество полос может быть равным степени 2 (128, 256, 512, 1024, 2048, …, 65536) или произвольным целым (100, 200, 500, …, 32 000);
  • частотный диапазон анализа:
    0…1, 0…10, 0…100, 0…1 000, 0…10 000 Гц (для для анализаторов спектра ZET 017-U2 и ZET 017-U8);
    0…20, 0…200, 0…2 000, 0…20 000, 0…200 000 Гц (для A19-U2);
  • частотное разрешение:
    от 0,01 до 250 Гц (для ZET 017-U2, ZET 017-U8);
    от 0,1 до 5 000 Гц (для A19-U2);
  • динамический диапазон спектрального анализа: 170 дБ;
  • усреднение анализируемого сигнала: от 0,01 до 100 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, среднее квадратичное или пиковое 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).

Поддерживаемое оборудование

Входными данными программы Узкополосный спектр являются цифровые данные канала сервера ZETLAB.

Программа Узкополосный спектр входит в состав следующего ПО:

Узкополосный спектр  входит в группу программ Анализ сигналов