Взаимный узкополосный спектральный анализ

Программа Взаимный узкополосный спектр предназначена для определения взаимосвязи параметров сигналов от двух первичных преобразователей, установленных в разных частях исследуемого объекта и может использоваться при локализации источника повышенного шума, при определении коэффициента звукопоглощения в исследованиях акустических свойств материалов, при определении пространственно-временного распределения вектора колебательной скорости в мгновенный момент времени (вектора Умова-Пойнтинга), при построении амплитудно-частотной характеристики разеза грунта при исследовании толщи грунтов по методу Накамуры и пр.

Взаимный узкополосный спектр позволяет производить расчёт взаимных спектров мощности, фазовых спектров, спектров когерентности, импульсных характеристик, а также расчет резонансов.

Взаимный узкополосный спектр отображает различные спектральные характеристики сигналов, позволяющие выявить, например, повышение амплитуд вибрации на резонансных частотах диагностируемого изделия или на резонансных частотах составных частей сложной системы. Что в свою очередь позволяет на ранних стадиях обнаружить неисправность и принять соответствущие меры.

Проведение взаимного узкополосного спектрального анализа сигналов, поступающих с входных каналов анализаторов спектра, может быть реализовано в реальном масштабе времени или в режиме воспроизведения записанных временных реализаций.

Взаимный спектральный анализ относится к классическим методам анализа сигналов, является одним из наиболее устойчивых и применим почти ко всем классам сигналов, обладающих стационарными свойствами.

Взаимный узкополосный спектр
Окно настройки параметров

Основные функции программы

  • измерение и отображение уровней сигнала в узких спектральных полосах. Количество полос может быть равным степени 2 (128, 256, 512, …, 262144), или произвольным (например, 100, 200, 500, …, 250000) с использованием Z-преобразования;
  • измерение и отображение спектральных характеристик сигнала с различными типами усреднения (линейное, экспоненциальное), обработки (интегрирование, дифференцирование сигнала) и представления (среднеквадратическое (СКЗ) или пиковое значения);
  • измерение и отображение действительной и мнимой частей, разности фаз и коэффициента когеррентности сигналов;
  • измерение и отображение модуля взаимного спектра;
  • измерение комплексного частотного отклика и когеррентной мощности спектральной составляющей;
  • ихмерение и построение переходной характеристики сигналов.

Программа позволяет вызывать дополнительные диалоговые окна с графическим представлением следующих параметров:

  • Действительная часть — отображение амплитуды синфазной компоненты исходного сигнала;
  • Мнимая часть — отображение амплитуды квадратурной компоненты исходного сигнала;
  • Фаза — отображение совокупности начальных фаз сигнала;
  • Коэффициент когерентности — отображение фазовой синхронизации двух сигналов;
  • Переходная характеристика — отображение реакции исследуемого объекта на единичное ступенчатое воздействие;
  • Импульсная характеристика — отображение реакции исследуемого объекта на единичное импульсное воздействие;
  • Инмульсная характеристика (когерентная) — отображение реакции исследуемого объекта на единичное импульсное воздействие с учётом фазовой синхронизации сигналов;
  • Диаграмма Найквиста — отображение амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ);
  • Расчёт резонансов — поиск и отображение частоты собственных колебаний исследуемого объекта.

На изображении ниже представлено дополнительное окно «Расчёт резонансов» программы Взаимный узкополосный спектр«Расчет резонансов» позволяет проводить анализ частотных характеристик физических систем, на вход которых поступает некоторое возмущение.

Диалоговое окно разделено на пять областей для отображения параметров в текущий момент времени. В верхней части окна представлено графическое отображение переходной характеристики, графическое отображение фазы, журнал с фиксируемыми резонансными частотами и соответствующими им параметрами (собсственная частота, резонансная частота, добротность, декремент, фаза и амплитуда). Нижняя часть окна предназначена для непрерывной регистрации, отображения выбранного пользователем параметра (одного или нескольких), соответствующих текущей резонансной частоте, и отслеживания динамики поведения характеристик исследуемого объекта. Отображаемые параметры вибираются установкой галочки в ячейке напротив соотвтетсвующего названия. Для графического отображения доступны: собственная частота объекта (Fсоб.), резонанская чатота (Fрез.), добротность (Q), декремент (β), фаза и амплитуда.

Специалисты компании ZETLAB воспроизвели один из ранних лабораторных экспериментов по оцениванию частотных характеристик одномерных систем, выполненный впервые Барноски по следующей схеме: на арматур вибростенда закрелена консольная балка таким образом, что один край балки жёстко закреплён в центре вибрационного стола, а другой находится в свободном положении. Контроль частотных характеристик балки ведётся при помощи двух акселерометров — один расположен на опоре и фиксирует входное воздействие, другой — на свободном конце балки регистрирует выходной сигнал. Входное воздействие — широкополосная случайная вибрация, задаваемая при помощи системы управления виброиспытаниями ZET 017-U (далее — СУВ ZET 017-U).

Расчёт резонансов. Динамика изменения собственной частоты объекта

Оценки амплитудной и фазовой характеристик приведены на графиках в верхней части окна программы. Как видно, амплитудная характеристика обладает отчётливым пиком на частоте ∼ 56 Гц, а фазовая характеристика резко меняется на той же частоте (характерные графики для физических систем с одной степенью свободы). Это свидетельствует о первой нормальной моде балки, за которой и будет вестись наблюдение.

Несмотря на то, что для точных оценок частотных характеристик необходимо выполнение условия по линейности системы (а в практических ситуациях линейность относится к числу наиболее редко выполняемых свойств), взаимный спектральный анализ позволяет получить вполне осмысленные результаты, описывающие наилучшие (в среднеквадратичном смысле) линейные приближения для исследуемых систем. Это особенно важнов тех случаях, когда речь идёт об исследовании статистик экстремальных значений, как например при предсказании катастрофических разрушений под действием случайных нагрузок. [Дж. Бендат, А. Пирсол «Применения корреляционного и спектрального анализа», 1983].

Взаимные спектральные плотности выдают результаты в виде функции от частоты. Этот факт очень сильно расшряет диапазон возможных применений спектрального анализа к инженерным задачам в тех областях, где ранее использовались корелляционные методы.

Важным преимуществом взаимного спектрального анализа по сравнению с корреляционным является то, что для получения значимых результатов не надо требовать, чтобы среда была бездиспертионной.

Взаимный спектральный анализ используется при решении задач локализации источников сигнала.

Спектральные плотностидают удобные средства для прямого оценивания свойств физических систем по наблюдениям на входе и выходе, которые легко распространяются в многомерные системы.

Поддерживаемое оборудование

Входными данными программы Взаимный узкополосный спектр являются цифровые данные канала сервера ZETLAB.

Программа Взаимный узкополосный спектр входит в состав следующего ПО:

Взаимный узкополосный спектр  входит в группу программ Анализ сигналов

Авторизация
*
*

11 − семь =

Регистрация
*
*
*

19 − три =

Генерация пароля

9 − пять =