Labview Guidelines For Acoustic and Vibration Analysis

 

LabVIEW Руководство по акустическому и вибрационному анализу  анализу 

 

 

Всемирная техническая поддержка и информация о продуктах  продуктах   ni.com  ni.com 

Штаб--квартира Штаб квартира  корпорации корпорации National  National Instruments Instruments

11500 North Mopac Expressway Austin, Texas 78759-3504 USA Tel: 512 683 0100 Офисы  в странах Офисы странах  мира мира  

Австралия 1800 300 800, Австрия 43 662 457990457990-0, Бельгия 32 (0) 2 757 0020, Бразилия 55 11 3262 3599, Германия 49 89 7413130, Дания 45 45 76 26 00, Израиль 972 3 6393737, Индия 91 80 41190000, Испания 34 91 640 0085, Италия 39 02 413091, Канада 800 433 3488, Китай 86 21 5050 9800, Корея 82 02 3451 3400, Ливан 961 (0) 1 33 28 28, Малайзия Мал айзия 1800 887710, Мексика 01 800 010 0793, Нидерланды 31 (0) 348 433 466, Новая Зеландия Зеланд ия 0800 553 322, Норвегия 47 (0 (0)) 66 90 76 60, Польша 48 22 3390150, Португалия 351 210 311 210, Россия 7 495 783 6851, Сингапур 1800 226 5886, Словения 386 3 425 42 00, Соединѐнное королевство 44 (0) 1635 523545, Таиланд 662 278 6777, Тайвань 886 02 2377 2222, Турция 90 212 279 3031,  3031, Финляндия 385 (0) 9 725 72511, Франция 33 (0) 1 48 14 24 24, Чешская республика 420 224 235 774, Швейцария 41 56 2005151, Швеция 46 (0) 8 587 895 00, ЮАР 27 0 11 805 8197,  Япония 81 3 5472 5472 2970  2970  За дополнительной информацией о поддержке, обратитесь к приложению Техническая поддержка и сервис. сервис. За комментариями по документации National документации  National Instruments, Instruments , обратитесь на web-сайт webсайт  ni.com/info и введите код доступа feedback. © 19991999-2007 2007 Корпорация National Корпорация National Instruments. Instruments. Все права защищены.

 

 

 

Содержание   Содержание Об этом руководстве ...................... ............................................ ............................................ ............................................ ............................................ ......................7

 

Условные обозначения ...................... ............................................ ............................................ ............................................ ............................................. .......................... ...7 Дополнительная документация ................... ......................................... ............................................ ............................................ ..................................... ...............7

 

 

................................................................. ........................................... ............................................ ............................................ ............................................. ................................. ..........8 Sound and Vibration Toolkit ................................................ ...................................................................... ............................................ ..................................... ...............8 Введение Палитры ................... .......................................... .............................................. ............................................. ............................................ ............................................. ............................. ......9 S&V Express Measurements ............................................. .................................................................... ............................................. ........................ 10 UFF58 File I/O ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ......................... 10 Scaling .......................................... ................................................................. ............................................. ............................................. ...................................... ...............10 Calibration ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ............................... ........10 Limit Testing ........................................... .................................................................. ............................................. ............................................. ........................... ....10 Weighting ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................. ............................... ........10 Integration ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ............................... ........11 Generation ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ............................... ........11 Vibration Level........................................ Level.............................................................. ............................................. .............................................. ........................... ....11 Sound Level............................................................ .................................................................................. ............................................. ................................... ............11 Octave Analysis....................................... ............................................................. ............................................. .............................................. ........................... ....11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Frequency Analysis ............................................. ................................................................... ............................................ ...................................... ................11 Transient Analysis ........................................... ................................................................. ............................................ .......................................... ....................12 Waterfall Display ............................................ .................................................................. ............................................ .......................................... ....................12 Swept Sine ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ............................... ........12 Distortion .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................. ................................... ............12 Single-Tone .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................. ............................... ........12 Индикаторы передней панели ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ................................... .............12 Примеры ...................... ............................................. ............................................. ............................................ ............................................ ............................................. .........................13

 

 

 

 

 

 

 

 

Динамические сигналы ...................... ............................................ ............................................ ............................................ ................................... .............14

 

Сбор данных и имитация динамических сигналов .................... .......................................... ............................................. .........................14 Наложение спектров ...................... ............................................ ............................................ ............................................ ................................... .............16 Непрерывность во времени ...................... ............................................ ............................................. ............................................. ........................17

 

 

 

Экспресс--измерения .................... Экспресс .......................................... ............................................ ............................................ ............................................. .........................18

 

Использование экспрессэкспресс-ВП ................... .......................................... ............................................. ............................................ ...................................... ................18 Проведение измерений с помощью экспрессэкспресс -ВП ВП  ............................................ ................................................................... .........................19 Преобразование экспрессэкспресс-ВП в субприбор  субприбор ............................................. ................................................................ ...................20 20

 

 

 

Масштабирование и калибровка ................... ......................................... ............................................ ................................... .............21

 

Приведение к инженерным единицам измерений ...................... ............................................ ............................................. .........................21 Калибровка системы ..................... ........................................... ............................................. ............................................. ............................................. ........................... ....23 Калибровка задержки распространения сигнала  сигнала  ........................................... ....................................................... ............ 23 23

 

 

 

Анализ тестирования пределов ................... .......................................... .............................................. ...................................... ...............28

 

Обзор тестирования пределов ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ................................... .............28 Использование SVL Limit Testing VI........................................... VI.................................................................. ............................................. ........................30

 

 

Взвешивающие фильтры ..................... ........................................... ............................................. ............................................. .............................. ........36

 

3

 

Содержание  Содержание 

Назначение взвешивающих фильтров ................... ......................................... ............................................ ............................................. .........................36 Псофометрические взвешивающие фильтры ................... .......................................... .......................................... ...................38 Применение взвешивающих фильтров ..................... ........................................... ............................................. .......................................... ...................40 Применение фильтров взвешивания к данным во временной области области  ...................42 Соответствие стандартам ...................... ............................................ ............................................ ............................................ .......................................... ....................43 A-, B-, C-взвешивающие C-взвешивающие фильтры ...................... ............................................ ............................................. ................................... ............43 Фильтры взвешивания радиосвязи ..................... ........................................... ............................................. ................................... ............44 Фильтры взвешивания телекоммуникаций ................... .......................................... ............................................. ........................44 Применение взвешивающих фильтров к  к октавному спектру...................... спектру ................................... .............45 Применение взвешивания к спектрам Фурье ................... .......................................... .......................................... ...................47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интегрирование ...................... ............................................. ............................................. ............................................ ............................................. ............................... ........48

 

Введение в интегрирование ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ...................................... ................48 Интегрирование ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ............................................. ................................... ............49 Проблемы при интегрировании данных вибрации ..................... ............................................ ............................... ........50 Интегрирование с использованием Sound and Vibration Toolkit  Toolkit .............................. .............................. 51 51 Интегрирование во временной области .................... .......................................... ............................................. .......................................... ...................51 Однократный сбор данных и интегрирование  интегрирование ............................................ ........................................................... ...............51 Непрерывный сбор данных и интегрирование ..................... ............................................ ...................................... ...............52 Интегрирование в частотной области ................... ......................................... ............................................ ............................................. .........................55

 

 

 

 

 

 

 

 

Измерения уровня вибрации ................... ......................................... ............................................ ............................................. .........................58

 

Измерение среднеквадратического уровня ...................... ............................................ ............................................. ................................... ............59 Однократный буферизированный сбор данных ...................... ............................................. ................................... ............59 Непрерывный сбор данных ...................... ............................................ ............................................. ............................................. ........................60 Измерение скользящего среднеквадратического значения ...................... ............................................. ............................... ........60 Вычисление пикового уровня ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ................................... .............61 Вычисление пикпик-фактора ...................... ............................................ ............................................ ............................................ .......................................... ....................61

 

 

 

 

 

 

Измерения уровня звука ................... ......................................... ............................................ ............................................ ................................... .............63

 

Методы усреднения .................... .......................................... ............................................ ............................................ ............................................. ............................... ........64 Линейное усреднение ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ................................... .............64 Экспоненциальное усреднение .................... .......................................... ............................................. .......................................... ...................68 Хранение пиков ................... ......................................... ............................................ ............................................ ............................................. .........................69 Дополнения к измерениям уровня звука ...................... ............................................. .............................................. ...................................... ...............70

 

 

 

 

 

Дробно--октавный анализ ..................... Дробно ........................................... ............................................. ............................................. .............................. ........71

 

Общее представление о дробнодробно-октавном анализе .................... .......................................... ............................................. .........................72 Полнооктавный анализ в диапазоне 31.5 Hz– 16 16 kHz ..................................... ................................................. ............ 73 Пропускная способность и цепочка фильтров фил ьтров .................... .......................................... ............................................. ............................... ........73 Октавный фильтр .................... .......................................... ............................................ ............................................ .......................................... ....................74 Граничные частоты .................... ........................................... ............................................. ............................................ ...................................... ................74 Дробно--октавные фильтры ................... Дробно .......................................... .............................................. ............................................. .......................... ....75 Время установления фильтра ................... ......................................... ............................................ ............................................. .........................76 Усреднение ...................... ............................................. ............................................. ............................................ ............................................ .......................................... ....................76 Линейное усреднение ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ................................... .............77 Экспоненциальное усреднение .................... .......................................... ............................................. .......................................... ...................77 Усреднение эквивалентной вероятности ...................... ............................................ ............................................. .........................77 Пиковое усреднение ................... .......................................... ............................................. ............................................ ...................................... ................78 Сброс фильтра и перезапуск процесса усреднения  усреднения ........................................... ................................................... ........78 Выполнение третьоктавного анализа за пределом диапазона звуковых з вуковых частот  частот ...................78 Cтандарты IEC и ANSI............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. .........................79

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

Содержание  Содержание 

Центральные частоты .................... .......................................... ............................................ ............................................ ................................... .............79 Номинальные частоты ................... ......................................... ............................................ ............................................ ................................... .............79 Соответствие стандартам ANSI и IEC.......................................... ................................................................. ............................... ........79 Отображение результатов ..................... ........................................... ............................................ ............................................ .......................................... ....................80 Расширенные октавные измерения .................... ........................................... .............................................. ............................................. .......................... ....80 Взвешивающие фильтры ...................... ............................................. .............................................. ............................................. .......................... ....81 Значение мощности диапазона октавы ...................... ............................................ ............................................. ........................... ....81 Поддиапазон октавы ...................... ............................................ ............................................ ............................................ ................................... .............81

 

 

 

 

 

 

 

 

........................................... ..................... ............................................. ............................................. ............................................. ........................... ....83 Частотный анализ Фундаментальные понятия FFT ............................................ ................................................................... ............................................. .............................. ........84

 

 

 Число отсчетов .................... .......................................... ............................................ ............................................ ............................................. .........................84  Частотное разрешение ................... ......................................... ............................................ ............................................ ................................... .............85 Спецификации и параметры соотношения между временной и частотной областями ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ............................................. ............................... ........86 Увеличение частотного разрешения................... разрешения......................................... ............................................ ................................... .............88 Zoom FFT анализ ................... .......................................... ............................................. ............................................ ............................................. ................................... ............89 Анализ полосы частот ................... ......................................... ............................................ ............................................. .............................................. ........................... ....92 Наложение окон ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ............................................. ................................... ............93 Стратегии выбора окна ...................... ............................................ ............................................. ............................................. .............................. ........94 Параметры усреднения ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ............................................. .........................95 Специальные соображения для измерений с усреднением ................... ....................................... ....................95 Методы усреднения.................... усреднения........................................... ............................................. ............................................ ...................................... ................95 Методы взвешивания ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ................................... .............99 Использование виртуальных приборов частотного анализа .................... ........................................... ............................... ........99 Доступные измерения .................... .......................................... ............................................ ............................................ ................................. ...........100 Одноканальные измерения ................... .......................................... .............................................. ............................................. ........................ ..100 Двухканальные измерения ................... .......................................... .............................................. ............................................. ........................ ..102 Расширенные измерения спектра.................... спектра.......................................... ............................................. ............................................. ............................ ......109 Получение значения спектра .................... .......................................... ............................................. ............................................ .....................109 Получение спектра полосы частот ..................... ........................................... ............................................. ................................. ..........109 Мощность в полосе частот ................... .......................................... .............................................. ............................................. ........................ ..110 Поиск пиков спектра ...................... ............................................ ............................................ ............................................ ................................. ...........110 Согласование размерностей ..................... ........................................... ............................................. ............................................ .....................111

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ переходных процессов...................... ............................................. .............................................. .................................... .............113

 

Анализ переходных процессов с Sound and Vibration Toolkit ...................... ............................................. ......................... ..113 Выполнение STFTSTFT-преобразрования во времени .................... .......................................... ............................................. ......................... ..114 Выбор размера блока FFT ........................................... .................................................................. ............................................. ........................ ..116 Перекрытие ...................... ............................................ ............................................. ............................................. ............................................. ......................... ..117 Использование прибора SVT STFT versus Time VI ........................................... ................................................. ......118 Измерения спектра импульсного отклика .................... ........................................... .............................................. .................................... .............119

 

 

 

 

 

 

Измерения с помощью качающейся частоты  ......................................... .........................................123 123

 

Краткий обзор измерений с помощью качающейся частоты ................... .......................................... ............................. ......124 Выбор измерений на основе качающейся частоты или FFTFFT-преобразования преобразования .....................  .....................126 Проведение измерений с качающейся частотой  частотой  ........................................... .................................................................. ......................... ..127 Пример измерения с качающейся частотой ..................... ........................................... ............................................. ................................. ..........129

 

 

 

 

............................................ ............................................. ............................................ .................................... ..............137 Измерения искажений .....................

 

Определения переменных ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ........................................ ..................137 Сигнал в шуме и искажении  искажении (SINAD)............................................................ ................................................................................... ......................... ..138

 

 

5

 

Содержание  Содержание 

Общие гармонические искажения + шум (THD+N) (THD+N) ............................................. .............................................................. .................140 Общие гармонические искажения (THD) (THD) ........................................... .................................................................. .................................... .............141 Отношение сигнал/шум (SNR) .................... .......................................... ............................................ ............................................ ................................. ...........144 Интермодуляционные искажения (IMD) (IMD) ............................................ ................................................................... .................................... .............145 Линейность фазы ................... .......................................... ............................................. ............................................ ............................................. ................................. ..........147

 

 

 

 

 

Однотональные измерения ................... .......................................... .............................................. ............................................. ........................ ..149

 

Краткий обзор однотональных измерений ...................... ............................................ ............................................. ................................. ..........149 Усиление и фаза ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ............................................. ................................. ..........152

 

 

Взаимное влияние каналов ...................... ............................................. ............................................. ............................................ .................................... ..............153 Усиление ...................... ............................................. ............................................. ............................................ ............................................ ............................................ ......................153 Шум бездействующего канала (Idle-Channel (Idle-Channel Noise) ............................................. .............................................................. .................154 Динамический диапазон ................... ......................................... ............................................ ............................................ ............................................ ......................155 Беспаразитный динамический диапазон (SFDR) (SFDR) .......................................... ................................................................. ......................... ..156

 

 

 

 

 

Ссылки ................... .......................................... ............................................. ............................................ ............................................ ............................................. ................................. ..........157

 

Техническая поддержка и сервис ...................... ............................................ ............................................. ............................. ......159

 

Глоссарий .................... ........................................... .............................................. ............................................. ............................................ ............................................. ......................... ..160  

6

 

 

Об этом руко руководстве водстве   Это руководство содержит информацию о пакете Sound and Vibration Toolkit (SVT),, включая сжатое  (SVT) сжатое обсуждение различных видов измерений, которые вы можете проводить, краткое разъяснение теории, связанной с этими  этими   измерениями, и советы по освоению Sound and Vibration Toolkit.

Условные обозначения  обозначения  В этом  этом руководстве  руководстве используются следующие обозначения.  обозначения.  []

В квадратные скобки заключаются единицы измерений величин. величин .

» 

Символ »  » разделяет  разделяет пункты меню и опции диалоговых  диалоговых окон. Последовательность File File» »Page Setup» Setup»Options указывает вам открыть ниспадающее меню File, выбрать пункт Page Setup, и выбрать Options в последнем диалоге. Эта пиктограмма обозначает важное замечание, требующего вашего внимания.. внимания

bold

Жирным шрифтом помечаются элементы пользовательского интерфейса программного обеспечения, которые вы должны выбрать или по которым вы должны щелкнуть, такие как, пункты меню или опции диалогов. Жирный шрифт также обозначает имена параметров, управляющих элементов и кнопок передней панели, окон диалогов, имен меню, и имен палитр.   палитр.

italic

Курсив обозначает переменные и перекрѐстные ссылки. ссылки.

monospace

Моноширинной шрифт Моноширинной  шрифт  отмечает текст или символы, которые вы должны ввести с клавиатуры, пути к файлам, директории, переменные, имена файлов с расширением.  расширением. 

 monospace bold bold

Жирный моноширинной шрифт служит для отметки сообщений и ответов компьютера на экране. Этот шрифт подчѐркивает также строчки кода, отличающиеся от других примеров.

Дополнительная документация  документация  Следующие документы  документы  содержат дополнительную информацию, которая может вам помочь при чтении данного руководства:  руководства: 

 



   

 

Справка  LabVIEW , доступная выбором пункта Help Help» »Search the LabVIEW Help в меню LabVIEW  Начало  работы   Начало  работы с LabVIEW  (Getting  (Getting Started with LabVIEW ) Основы LabVIEW  Основы  LabVIEW  (  ( LabVIEW  LabVIEW Fundamentals Fundamentals))

7

 

 

1 Введение   Введение В этой  этой  главе вы познакомитесь с Sound and Vibration Toolkit, Toolkit, его палитрами функций и управляющих элементов, узнаете, где  где  найти примеры, помогающие разобраться с работой Sound and Vibration Toolkit.

Sound and Vibration Toolkit Sound and Vibration Toolkit  –   это комплект  комплект  виртуальных приборов (ВП) для среды проектирования LabVIEW, позволяющий выполнять задачи звуковых, акустических и виброизмерений. Используйте Sound and Vibration Toolkit для выполнения следующих видов  видов   акустических и вибрационных  вибрационных  измерений:   измерений:

                         

   

 





 

  



 

Приведение измерительного сигнала к инженерным измерений   Калибровка канала единицам измерений  канала  Применение взвешивающих фильтров  фильтров  Интегрирование  сигналов во временной области  Интегрирование области  Измерения  уровня звука  Измерения звука  Проведение измерений с помощью качающейся  качающейся  частоты частоты   Измерения  с помощью однотонального сигнала  Измерения сигнала  Тестирование  пределов Тестирование пределов  и маски  маски  Дробно--октавный Дробно октавный  анализ анализ    Частотный  анализ  Частотный анализ   Анализ переходных процессов  процессов  Проведение анализа искажений  искажений  Отображение результатов  результатов  Загрузка или сохранение сигналов в универсальном файловом формате uff58

В  Sound and Vibration Toolkit вы можете использовать как реальные оцифрованные, так и сымитированные  сымитированные данные. данные.   На рисунке 11-1 виброиспытаний.   виброиспытаний.

показаны  все показаны 

стадии

процесса  акустических процесса 

и

1 -1 операции стадии  стадии  Анализ  не обязательно Замечание  Показанные на рисунке 1выполнять полностью одновременно. Операции в пунктирных прямоугольниках являются необязательными. необязательными. 

8

 

Введение   Введение

Рисунок 1-1 Рисунок  1-1. Общая Общая  структура структура  пакета пакета Sound  Sound and Vibration Toolkit

Палитры   Палитры При инсталляции При  инсталляции Sound  Sound and Vibration Toolkit добавляются добавляются  палитры палитры  Sound & обе   палитры палитры   функций функций   и  управляющих управляющих   элементов элементов   Functions   и  Vibration  в  обе Controls  LabVIEW. В этой секции главы кратко описываются все  разнообразные палитры, входящие в состав Sound and Vibration Toolkit. Все  высокоуровневые Все  высокоуровневые   ВП ВП   Sound and Vibration Toolkit предлагают мощные средства измерений. Высокоуровневые ВП осуществляют заданный анализ и позволяют отобразить в соответствующих  соответствующих   единицах измерений  измерений  в таких видах видах    величин величин,,результат как амплитуда/фаза, реальная/мнимая части или децибелы  включенные/отключенные децибелы включенные/отключенные.. 9

 

Введение   Введение

S&V Express Measurements Палитра S&V Express Measurements представляет собой набор экспрессПалитра S&V экспресс -ВП,  разработанных для интерактивного конфигурирования наиболее общих и частых задач виброакустических измерений. Палитра S&V Express Measurements позволяет позволяет   конфигурировать каждое измерение с помощью диалогового окна, в котором для каждого изменения конфигурации сразу показывается предполагаемый результат. Обратитесь к Главе 3, ЭкспрессЭкспрессизмерения,,  и к Справке  LabVIEW , для получения более подробной измерения информации об экспрессэкспресс-ВП. ВП.  

UFF58 File I/O Виртуальные приборы палитры UFF58 File I/O позволяют читать текстовые и бинарные файлы универсального файлового формата UFF58 UFF58,, а также записывать бинарные файлы формата UFF58.

Scaling ВП SVL Scale Voltage to EU VI позволяет привести исходный сигнал к виду ВП SVL в инженерных единицах измерения. ВП SVL ВП SVL Scale Voltage to EU VI является является   частью  библиотеки частью библиотеки Sound  Sound and Vibration Library (SVL). Библиотека SVL SVL –   –  это набор виртуальных приборов, доступных как собственно комплекту Sound and Vibration Toolkit Toolkit, так и другимние комплектам приборов в  LabVIEW  LabVIEW., Обратитесь к Главе 4 ,   , , Масштабирование Масштабирова и калибровка, калибровка , и Справке Справке LabVIEW  для получения дополнительной информации о ВП SVL Scale Voltage to EU VI.

Calibration Виртуальные  приборы Виртуальные  приборы   палитры палитры   Calibration позволяют провести сквозную калибровку выбранного канала и оценить задержку распространения измерительного устройства. ВП палитры Calibration являются частью библиотеки SVL SVL.. Обратитесь к Главе 4,  4,  Масштабирование Масштабирование и калибровка, калибровка, за подробной информацией о процессе калибровки. С помощью Справки  LabVIEW   можно получить подробные сведения о каждом ВП палитры Calibration.

Limit Testing ВП Limit Test Express VI и SVL Limit Testing VI позволяют ВП Limit позволяют   провести провести   анализ анализ   граничных   условий граничных условий   с  любыми любыми   данными данными,, получаемыми получаемыми   с  помощью помощью   комплекта   Sound and Vibration Toolkit. Обратитесь к Главе 5,  Анализ комплекта тестирования пределов, пределов, за дополнительной информацией об использовании тестирования пределов в анализе измерительных данных. В Справке  LabVIEW  можно найти информацию о каждом ВП этой палитры.

Weighting Виртуальные приборы палитры Weighting позволяют применять взвешивающие фильтры типов A-,B- и C для сигналов во временной области. Кроме того, доступны фильтры типов ITU-R 468-4 468-4 и Dolby для  радиосвязи и типов С-message и CCITT для телекоммуникаций. Глава 6,  Взвешивающие фильтры фильтры,, посвящена применению взвешивающих фильтров. 10

 

Введение   Введение

Подробную информацию о каждом ВП в палитре можно найти в Справке  LabVIEW .

Integration Виртуальные приборы палитры Integration позволяют провести одноодно- или двукратное интегрирование сигналов во временной области. Более подробно процесс интегрирования описан в Главе 7,  7,  Интегрирование. Интегрирование. Подробности о каждом ВП из состава палитры Integration можно найти в Справке Справке LabVIEW   LabVIEW .

Generation Виртуальный  прибор Виртуальный  прибор   SVT Pink Noise Waveform VI позволяет генерировать непрерывный розовый шум.  шум.  

Vibration Level ВП из состава палитры Vibration Level чаще всего используются для вибрационных измерений, в том числе нахождения коэффициента амплитуды. Режимы усреднения включают усреднение по среднеквадратичному, экспоненциальному и пиковому значениям. Процесс вибрационных измерений раскрывается в Главе 8,  Измерения уровня вибрации,, а в Справке вибрации Справке LabVIEW   LabVIEW   можно найти подробные сведения о каждом ВП из состава палитры.  палитры. 

Sound Level Палитра Sound Level содержит приборы, предоставляющие типичные задачи измерения уровня звука, включая усреднение по эквивалентному уровню  уровню   (Leq), усреднение по экспоненте, нахождение пика. С процессом измерения звука..  С уровня звука вы можете ознакомиться в Главе 9,  9,   Измерения Измерения уровня звука помощью Справки  LabVIEW   можно найти сведения о каждом приборе из состава палитры Sound Level.

Octave Analysis Палитра Octave Analysis –  Analysis  –   это набор инструментов для проведения дробнодробнооктавного анализа, включая 1/1, 1/3, 1/6, 1/12 и 1/241/24 -октавнополосовой анализ. Приборы этой палитры могут работать с любой частотой дискретизации и любым количеством диапазонов дробнодробно -октавного анализа. Более подробно дробнодробно-октавный анализ рассматривается в Главе 10,  Дробно  Дробно--октавный анализ, анализ,  а каждый ВП из состава палитры описан в Справке LabVIEW  Справке  LabVIEW .

Frequency Analysis Палитра  Frequency Analysis состоит из приборов частотного анализа, Палитра  основанных на дискретном преобразовании Фурье (DFT ( DFT)) и быстром преобразовании Фурье (FFT (FFT). ). Кроме этого, имеются приборы zoom-FFT и других расширенных измерений. Проведение частотного анализа с помощью Sound and Vibration Toolkit описано в Главе 11, Частотный анализ.. Информация о каждом ВП из состава палитры находится в Справке анализ  LabVIEW .

11

 

Введение   Введение

Transient Analysis Приборы  палитры Приборы  палитры   Transient Analysis предлагают два способа получения информации о переходных процессах. Первый –   это использование  использование  мгновенного преобразования Фурье (STFT) (STFT) для получения информации о частоте как функции от времени или скорости поворота. Второй –   использование спектра ударного отклика (SRS) для оценки резкости  резкости  ударного сигнала. Описание анализа переходных процессов содержится в Главе 12,  12,  Анализ переходных процессов процессов..  Сведения о каждом ВП из состава палитры можно найти с помощью Справки Справки LabVIEW   LabVIEW .

Waterfall Display Палитра Waterfall Display содержит Палитра Waterfall содержит   приборы приборы,, позволяющие позволяющие   буферизировать буферизировать    результаты   частотного  результаты частотного   анализа анализа   перед перед   отображением отображением   их их   на на   индикаторах индикаторах   типа типа   Waterfall Graph, преобразовывать преобразовывать   данные данные   для для   Waterfall Graph в  данные для  для  индикатора   типа индикатора типа Colormaps  Colormaps и  обратно обратно   преобразовывать преобразовывать   данные Colormaps в  данные Waterfall Graph. Справка Справка   LabVIEW   позволит найти информацию о каждом приборе из состава этой палитры.  палитры. 

Swept Sine Приборы этой палитры позволяют получить характеристику частотного отклика включают исследуемого объекта объекта    (DUT). (DUT). Измерения с помощью качающейся частоты в себя динамические измерения уровня стимула, отклика, частотного отклика (усиление  (усиление  и фаза), общий коэффициент гармонических искажений (THD) (THD) и искажения каждой гармоники. В Главе 14,  14,  Измерения Измерения с помощью качающейся частоты, частоты,  описаны особенности этих измерений, а Справка LabVIEW  Справка  LabVIEW  содержит сведения о каждом ВП палитры Swept Sine.

Distortion Приборы палитры Distortion позволяют оценить гармонические, интермодуляционные   компоненты и  интермодуляционные и  компоненты широкополосного шума, шума, вызванные   нелинейностью вызванные нелинейностью   исследуемого объекта. Более подробно об этом Справке LabVIEW   LabVIEW    рассказывается в Главе 15, Однотональные измерения. измерения.  В Справке можно найти описание каждого прибора из палитры Distortion.

Single-Tone Палитра  Single-Tone содержит Палитра  содержит   виртуальные приборы, приборы, осуществляющие однотональные измерения, определяемые как группа измерений, где возбуждение   осуществляется с помощью сигнала с единственной возбуждение гармоникой. Эти измерения используются для оценки линейности и шумовых характеристик аудиоаудио-устройств. Описание этих измерений можно найти в Главе 15, Однотональные измерения. измерения.  Справка  LabVIEW   содержит сведения о приборах палитры Single-Tone.

Индикаторы передней панели  панели  Палитра управляющих элементов Sound & Vibration содержит специальные графические индикаторы, позволяющие отобразить данные октавного анализа или переходных процессов. Используйте Octave Graph, Multiplot Octave Graph, и Octave Waterfall Graph  Graph  для отображения результатов 12

 

Введение   Введение

октавного анализа. Используйте SV Intensity Graph, Waterfall Graph, и  Colormap для отображения результатов октавного анализа или исследования переходных процессов. Каждый графический индикатор описан в Справке  LabVIEW .

Примеры   Примеры Пакет  Sound and Vibration Toolkit включает примеры, которые помогут Пакет  начать работу с виртуальными приборами из его комплекта. Выберите в Help» Help »Find Examples, чтобы начать поиск примеров. меню LabVIEW пунктBrowse Выберите закладку   и укажите в ней позицию Toolkits and Modules» Modules »Sound and Vibration  для отображения всех доступных примеров, или используйте закладку Search   для поиска конкретного примера. примера. Примеры демонстрируют следующие возможности Sound and Vibration Toolkit:

                                 

  



 



   

  







Отображение данных  данных   Частотный анализ  анализ  Интегрирование   Интегрирование Измерения уровня  уровня  Октавный анализ  анализ  Масштабирование   Масштабирование Исследование переходных процессов  процессов  Взвешивающие фильтры  фильтры  Измерения с качающейся частотой  частотой   Измерения с одиночной гармоникой  гармоникой  Выполнение измерений  измерений с двумя гармониками  гармониками  Измерения с большим количеством гармоник  гармоник  Тестирование аудиотрактов  аудиотрактов  Тестирование пределов  пределов  Виброиспытания   Виброиспытания Файловый ввод и вывод  вывод  Фильтрация и кондиционирование

13

 

 

2 Динамические  сигналы Динамические сигналы   В данной главе рассматривается, рассматривается, как получить данные для анализа с помощью LabVIEW Sound and Vibration Toolkit, Toolkit, а также как обеспечить качество ваших данных. Вы можете имитировать  имитировать   данные посредством приборов палитры Generation и других виртуальных приборов LabVIEW. приборов LabVIEW. В Справке  LabVIEW   можно найти дополнительную информацию о сборе данных и имитировании. имитировании.

Сбор данных  данных и имитация  имитация динамических сигналов  сигналов  В данном разделе рассматривается сбор  сбор  данных и ключевые аспекты обеспечения достоверности измерений при сборе или имитации  имитации   динамических сигналов. сигналов. Существует 3 метода,  метода,  которые позволяют вам получить данные:  данные: 

     



 

Получение данных с DAQDAQ-устройства устройства    Чтение данных из  из файла файла   Имитация  данных с помощью ВП генерации или из других источников  Имитация источников 

Рисунок 22-1 показывает, как получение данных (реальных или сымитированных) связано с общей картиной процесса акустических и вибрационных измерений.  измерений. 

14

 

сигналы   Динамические сигналы

Рисунок 2-1 2-1. Связь сбора данных с общим процессом акустических и вибрационных испытаний испытаний  

Важно, чтобы вы сохранили точные соображения  Важно, соображения  в памяти, когда вы получаете ваши данные. Измерения и анализ виртуальных приборов в Sound and Vibration Toolkit не не   компенсируют компенсируют   неточные данные. Поэтому испытательная аппаратура и методики поверки должны  быть должны  откалиброваны,, чтобы гарантировать получение верного результата. В откалиброваны общем, испытательная аппаратура должна  должна  иметь спецификации в 10 раз лучше,, чем у объекта исследования. Используйте повторяемую и лучше поддающуюся   проверке тестовую процедуру,  поддающуюся процедуру,  чтобы получить верный  результат. Получаете ли вы данные с DAQDAQ-устройства, устройства, читаете ли данные из  из  файла файла  или имитируете   данные, наложение спектров  имитируете спектров  (алиазинг) (алиазинг)   и непрерывность во  во  времени являются общими проблемами, которые вы должны учесть в вашем  вашем  анализе измерений.  измерений.  15

 

сигналы   Динамические сигналы

Наложение спектров  спектров  Когда динамический сигнал дискретизирован на отсчѐты, отсчѐты , наложение спектров   является феноменом, в котором частоты составляющих больше спектров частоты Найквиста ошибочно  ошибочно  смещаются к низким частотам. Частота Найквиста определяется как: как:  f  Nyquist = sample  = sample rate/2 rate/2 Когда идет получение данных с DSADSA-устройства устройства    разработки  National Instruments, защита  от наложения спектров  включена по умолчанию. частоту Точные антиалиазинговые антиалиазинговые  фильтры на спектров  DSA-устройствах DSAустройствах отслеживают опроса и подавляют все частоты на выходе, которые выше частоты Найквиста. Когда выполняется измерение частоты DAQDAQ-устройствами устройствами   Eсерии,   вы можете принять меры, чтобы ликвидировать наложение спектров. серии, спектров . Шаги  по устранению наложения спектров  Шаги спектров включают следующие действия:  действия: 

     

  

Увеличение частоты дискретизации  дискретизации  Использование внешнего ФНЧ  ФНЧ  Использование в своей  своей основе узкополосного объекта исследований  исследований 

Сымитированные  данные так же могут показывать наложение спектров. Сымитированные  спектров. Сигналы зачастую сгенерированы выражением во временной области и поэтому имеют высокочастотные компоненты, которые проявляются наложением спектров  спектров  в дискретизированных данных. данных . Рисунок 2-2 2-2 демонстрирует пример наложения спектров  спектров   для сымитированного  сымитированного  прямоугольного сигнала.  сигнала. 

в сымитированных сымитированных  данных данных   Рисунок 2-2 2-2. Наложение спектров в  16

 

сигналы   Динамические сигналы

Единственный способ  способ  защиты данных от эффекта наложения спектров спектров  - это использование соответствующей антиалиазинговой  антиалиазинговой  защиты перед тем, тем, как генерировать или получать данные. Наложение спектров  спектров   происходит происходит,, когда данные уже сгенерированы или сымитированы  сымитированы   и невозможно устранить наложение спектров  спектров  компонентов данных без детального знания начального сигнала. В общем, общем, невозможно сделать различия между компонентами с верной частотой и компонентами с алиазинговой  алиазинговой  частотой. Следовательно, Следовательно, тщательные измерения частоты требуют достаточной защиты  защиты   от эффекта наложения спектров. спектров.

Непрерывность во времени  времени  Когда вы получаете данные при непрерывном сборе данных, данных , вы можете использовать параметр t0  типа типа   данных данных   waveform, чтобы гарантировать отсутствие интервалов между последовательными блоками  блоками   данных данных,, возвращенными   последовательными обращениями к ВП DAQmx Read VI возвращенными или ВП AI ВП AI Read VI. Когда сигналы сгенерированы с помощью одного из ВП палитры Generation, палитры  Generation, момент времени t0 текущей  порции данных  отстает на один период частоты дискретизации  дискретизации  от временной  временной метки метки  последнего отсчета предыдущей   порции данных. Непрерывность в таком случае гарантирована  предыдущей гарантирована   до тех пор, пор, пока генерирование не сбросится.  сбросится.  Тип

данных

waveform

является

интегральным  интегральным 

для

тестирования

непрерывности времени в Sound and Vibration Toolkit. Если вы считываете данные из файла или моделируете сигнал  сигнал   с использованием одного из  из   ВП палитры Signal Generation, то установите соответствующий условиям непрерывности времени параметр t0  типа данных waveform данных waveform,, подключенного к ВП  ВП  анализа измерений. Это действие предотвращает  предотвращает   нежелательные нежелательные   сбросы анализа измерений  измерений при обнаружении  обнаружении разрывов   разрывов во входном сигнале. сигнале.

17

 

 

3 Экспресс--измерения Экспресс измерения   Экспресс-ВП палитры S&V Express Measurements - это реконфигурируемые Экспрессэкспресс--ВП экспресс ВП,, специально разработанные для существенного сокращения времени, необходимого для выполнения акустических и вибрационных измерений. ЭкспрессЭкспресс-ВП ВП   представляются представляются   на блокблок-диаграмме как  расширяемые узлы  узлы  с иконками, иконками, окруженными голубым полем. ЭкспрессЭкспресс-ВП палитры S&V Express Measurements дают   вам дают возможность сконфигурировать каждое измерение с помощью  помощью   интерактивного интерактивного   диалогового окна, вид конфигурации которого  которого   обеспечивает визуальную обратную связь при изменении параметров  параметров измерения. измерения.  

Использование экспрессэкспресс-ВП ВП   Экспресс-ВП палитры S&V Express Measurements позволяют вам создавать Экспресстестовые сигналы, загружать и сохранять  сохранять   данные в файлы  файлы   различных форматов, обрабатывать сигналы, сигналы, проводить измерения во временной и частотной областях  областях и тестировать результаты  результаты на соответствие пределам. пределам. Замечание  Некоторые Некоторые   из из   виртуальных виртуальных   приборов приборов   палитры палитры   S&V Express Measurements используются совместно с пакетом  пакетом  NI LabVIEW SignalExpress. Обратитесь к  к  Справке  LabVIEW  за  за информацией информацией  об об  экспресс экспресс--приборах SignalExpress. 

Пакет Sound and Vibration Toolkit включает виртуальные экспрессэкспресс-приборы для выполнения следующих операций  операций  при акустических и вибрационных измерениях:: измерениях

                         

  

   



 



 

Загрузка из UFF58UFF58-файла файла   Сохранение в UFF58UFF58-файл файл   Уровень звука  звука  Уровень вибраций  вибраций  Октавный анализ  анализ  Спектр мощности  мощности  Zoom-спектр Zoomспектр  мощности мощности   Нахождение пиков  пиков  Мощность в полосе частот  частот  Измерения тона  тона  Измерения шума  шума   Частотный отклик Измерения с помощью качающейся частоты  частоты  

Обратитесь  к  Справке Обратитесь  Справке   LabVIEW   для для   получения информации  информации  о  каждом приборе палитры S&V Express Measurements. 18

 

Экспрессизмерения   Экспресс-измерения

Проведение измерений с помощью экспрессэкспресс-ВП ВП   Каждый виртуальный прибор палитры S&V Express Measurements отображает в окне конфигурации сымитированные  сымитированные   данные, когда вы конфигурируете измерение с его помощью в первый раз. В таблице 3-1 3 -1  размещѐн список имитируемых  имитируемых  данных, используемых приборами палитры S&V Express Measurements. Вы также можете в  в   окне экспрессэкспресс-ВП S&V Express Measurements наблюдать наблюдать   и анализировать реальные полученные  полученные  данные. Для того, чтобы отображать и анализировать полученные  полученные   данные данные,, свяжите   экспресс свяжите экспресс--ВП ВП   с источником данных, таким как  как   DAQ Assistant, ВП ВП   DAQmx Read VI или сымитированным  сымитированным  сигналом, и запустите виртуальный прибор. Чтобы посмотреть данные, данные , переданные экспрессэкспресс-прибору, прибору,  щелкните 2 раза по иконке экспрессэкспресс -ВП на блокблок-диаграмме диаграмме   для для   открытия открытия   диалогового диалогового   окна  конфигурирования окна конфигурирования  экспресс экспресс--прибора. прибора.   Фактические   данные доступны в диалоговом окне конфигурации только Замечание  Фактические после того, как вы хотя бы  бы    раз запустили виртуальный прибор.  прибор.  Если вы открыли  открыли  диалоговое окно конфигурации во второй раз  раз   и  при этом не  не  запускали запускали    ранее виртуальный прибор, в диалоговом окне будут отображаться сымитированные  сымитированные данные.  Имитируемые  данные экспрессэкспресс-ВП ВП   Таблица 3-1. Имитируемые Экспресс--ВП Экспресс ВП  

Имитируемые  данные Имитируемые данные  

Vibration Level

100 Гц тон с гармониками  гармониками  и шумом в  в  единицах единицах   ускорения   ускорения

Sound Level Octave Analysis

1 кГц тон с гармониками  гармониками  и шумом в  в  единицах давления Па  Па 

Power Spectrum Zoom Power Spectrum Power in Band Peak Search Tone Mesurements  Noise Measurements

2 кГц тон с гармониками,  гармониками,  шумом и постоянной составляющей в  в  инженерных единицах измерения   измерения

Frequency Response

Воздействие –   ЛЧМ ЛЧМ--импульс от 0  0  Гц до частоты Найквиста в единицах  единицах напряжения напряжения  В  Отклик –  отфильтрованный импульсный сигнал  сигнал  в единицах напряжения В. В. Полосовой фильтр с бесконечной характеристикой с центром на частоте 1 кГц.  кГц. 

Вы можете конфигурировать большинство виртуальных экспрессэкспресс-приборов для проведения измерений  измерений  на одном или нескольких каналах. Вы можете задать  эти настройки на закладке Input диалогового окна конфигурации. задать Виртуальные

экспресс-приборы экспресс-

сообщают

о

любых

ошибках

и

предупреждениях в нижней части диалогового  диалогового   окна окна   конфигурации. Диалоговое окно конфигурации для виртуальных экспрессэкспресс-приборов также содержит окно контекстной  контекстной  справки с двумя частями. Верхняя часть окна контекстной помощи отображает основную информацию об экспрессэкспресс 19

 

Экспрессизмерения   Экспресс-измерения

приборе. Нижняя часть окна контекстной помощи отображает информацию о каждом управляющем элементе  элементе   в диалоговом окне конфигурации. Щѐлкните на кнопку Show Help, которая находится  находится  в верхней части диалогового окна конфигурации, конфигурации, чтобы открыть окно контекстной справки. Щелкните на кнопку  кнопку Hide Help, чтобы скрыть окно контекстной справки.  справки.  Щелкните на кнопку OK , чтобы установить конфигурацию S&V Express Measurements VI. Избранные параметры измерения станут конфигурацией по умолчанию для виртуального экспрессэкспресс -прибора на блокблок-диаграмме диаграмме.. Щелкните кнопку Cancel   для отмены всех изменений, VI. изменений, которые вы сделали во время конфигурирования S&V конфигурирования  S&V Express Measurements У вас может быть несколько копий  копий одного и того же  же экспресс экспресс--ВП ВП  и при этом каждая копия  копия может иметь различные настройки конфигурации.  конфигурации.  

Преобразование  экспресс Преобразование экспресс--ВП в субприбор  субприбор  Экспресс-приборы палитры S&V Express Measurements интегрируются Экспрессинтегрируются   с виртуальными приборами комплекта Sound and Vibration. Vibration. Вы можете использовать виртуальные приборы комплекта Sound and Vibration для  расширения   функциональных  расширения функциональных   возможностей экспрессэкспресс-приборов S&V Express Measurements. Вы так же можете преобразовать экспрессэкспресс-ВП S&V Express Measurements в субприбор, что поможет вам изучить использование комплекта Sound and Vibration. Vibration . Вызовите контекстное меню нажатием правой клавиши  клавиши  мыши мыши   на экспрессэкспресс-приборе S&V Express Measurements на блок--диаграмме и выберите пункт Open Front Panel   контекстного меню, блок меню, чтобы создать субприбор  субприбор  из из   экспресс экспресс--ВП. После того, того, как вы создали субприбор из экспрессэкспресс-ВП палитры S&V Express Measurements, Measurements, вы можете просмотреть код блокблок-диаграммы, генерируемый экспрессэкспресс-прибором. Вы так же можете модифицировать код этой блокблок-диаграммы с использованием ВП комплекта Sound and Vibration, Vibration, чтобы расширить функциональные возможности этого  этого экспресс экспресс--ВП ВП.. После того, того, как вы создали субприбор из экспрессэкспресс-ВП, вы уже не можете преобразовать субприбор обратно  обратно  в экспрессэкспресс-ВП. Обратитесь к  к  Справке Справке    LabVIEW   за дополнительной информацией  о преобразовании экспрессэкспресс-ВП в код блокблок-диаграммы диаграммы.. 

20

 

 

4 Масштабирование и калибровка  калибровка  В этой главе обсуждается использование виртуального прибора SVL Scale Voltage to EU для приведения сигнала к инженерным единицам измерения  измерения   (EU) и использование виртуальных приборов палитры Calibration. Подробная информация о ВП SVL Scale Voltage to EU и приборах палитры Calibration может быть найдена с помощью Справки Справки LabVIEW   LabVIEW .

Приведение к инженерным единицам измерений  измерений   В этой секции главы рассказывается о приведении данных к соответствующим инженерным единицам измерений, позволяющим проводить анализ измерений.  измерений.  Рисунок 44-1 показывает связь масштабирования и калибровки с общим процессом акустических и вибрационных измерений.  измерений. 

21

 

Масштабирование и калибровка  калибровка 

Рисунок 4-1 4-1. Место масштабирования и калибровки в общем процессе акустических и вибрационных измерений  измерений 

Как правило, приведение сигнала к инженерным единицам измерений производится прежде, чем осуществляется какойкакой -либо анализ. Используйте для приведения сигнала к соответствующим единицам прибор SVL Scale Voltage to EU. Все измерительные приборы пакета  пакета  Sound and Vibration Toolkit ждут входной сигнал и возвращают результаты в соответствующих единицах, например, сигналы во временной области в корректных инженерных единицах, частотный спектр в децибелах правильным базовым фазовый сдвиг в радианах и градусах и такс далее.  далее.   Для того чтобы уровнем, единицы измерения были верными, приборам верхнего уровня необходимо привести сигнал к соответствующим инженерным единицам.  единицам.   22

 

Масштабирование и калибровка  калибровка 

какой-либо внешний по Замечание  Если вы для масштабирования сигнала применяете какойотношению к комплекту Sound and Vibration Toolkit метод, то не  не  используйте прибор SVL Scale Voltage to EU. EU. Корпорация  National Instruments предоставляет различные инструменты и методы для масштабирования сигналов. Сюда включаются, в частности, измерительные задачи NI-DAQmx задачи  NI-DAQmx или глобальные измерительные каналы, созданные с  с  помощью Measurement & Automation Explorer (MAX), помощник помощник   DAQ Assistant, или или   прибор DAQmx прибор  DAQmx Create Virtual Channel.  Программное обеспечение пакета Sound пакета Sound and Vibration Toolkit поддерживает единицы измерений, применяемые  NI-DAQmx в последовательном анализе измерений. В частности, комплект Sound and Vibration Toolkit поддерживает данные в единицах Па в измерениях звукового давления с помощью  NIDAQmx Sound Pressure и в единицах g в измерениях ускорений с помощью  NI-DAQmx  NIDAQmx Acceleration также, как если бы вы использовали прибор SVL Scale Voltage to EU VI для масштабирования данных.  данных. 

Калибровка  системы Калибровка системы   Обычно вы выполняете калибровку системы   со системы  специально  специально  предназначенным для этого калибратором, таким как акустический  резонатор с поршнем для проверки микрофонов или ручной вибростенд  вибростенд   для акселерометров.   Если акселерометров. вы калибруете  микрофон, калибруете  микрофон,   предполагайте использование ВП SVL Calibrate Microphone VI. Если вы калибруете  калибруете  акселерометр,  обратите акселерометр, обратите  внимание внимание  на ВП SVL ВП SVL Calibrate Accelerometer VI. Эти виртуальные приборы очень похожи на прибор общего назначения SVL Calibrate Sensor VI, VI, но они более эффективны вследствие предустановленных   значений предустановленных значений   по умолчанию, умолчанию, обычно задаваемых  задаваемых  для акустических резонаторов с поршнем для проверки микрофонов или ручных вибростендов. Во всех виртуальных приборах калибровки  калибровки   используются характеристики калибраторов, такие как эталонное значение измеряемой величины, и частота,  частота, на которой осуществляется калибровка. калибровка .

Калибровка  задержки Калибровка задержки  распространения распространения  сигнала сигнала   Комплект Sound and Vibration Toolkit предоставляет виртуальные приборы для калибровки  калибровки  задержки распространения сигнала в измерительных системах.. DSA-устройства системах DSA-устройства производства  National Instruments, такие как NI PXI-4461 PXI4461 и NI PCI-4451, PCI-4451, могут одновременно получать и генерировать сигналы.   Входные и выходные каналы имеют аналоговые и цифровые сигналы. схемы, такие как антиалиазинговый  антиалиазинговый  фильтр и антиимэйджинговый  антиимэйджинговый  фильтр фильтр,, которые вносят некоторую задержку для сигнала.  сигнала. Задержка распространения сигнала - это число отсчетов со времени записи первого отсчета на  на  выходной   канал и до того момента,  выходной момента,   когда этот отсчѐт будет оцифрован во входном   канале, при условии, входном условии, что нет задержки с выходного канала на  на   входной.  Эта задержка зависит от DSAвходной. DSA-устройства устройства.. Существует 2 пути определения задержки распространения DSADS Aустройства. Вы можете изучить документацию на DSADSA -устройство, чтобы найти спецификацию задержки распространения, также называемой как  как   групповая   задержка. Вы так же можете измерить задержку распространения групповая в отсчетах с помощью приборов SVL Measure Propagation Delay. Приборы SVL Measure Propagation Delay позволяют позволяют   вам измерить временную задержку, вносимую во входную и  и   выходную схему для  для  конкретного конкретного   23

 

Масштабирование и калибровка  калибровка 

устройства  на устройства  на   желаемой желаемой   частоте опроса.  опроса.  Соедините выходной канал DSADSAустройства  напрямую со  устройства со входным каналом, как показано на рисунке 4-2, 4-2, для измерения задержки распространения  распространения сигнала устройством.  устройством. 

Измерение  задержки распространения сигнала устройством  устройством  Рисунок 4-2 4-2. Измерение Замечание  Не вводите объект исследования  исследования  в тракт сигнала, сигнала, когда измеряете задержку  распространения сигнала для DAQDAQ-устройства устройства.. 

Для  DAQ-устройств Для  DAQ-устройств EE- или SS-серий производства  National Instruments, Instruments, вы должны ожидать  ожидать  измерения задержки распространения в один отсчѐт изиз-за за   времени, необходимого  необходимого  для прохождения сигнала между ЦАП  ЦАП  на аналоговом выходном канале  канале  и АЦП  АЦП  на аналоговом входном канале. канале. Рисунок 33-4 показывает данные во временной области для измерения задержки распространения  распространения сигнала сигнала  на устройстве NI устройстве NI PCI-6052E.

24

 

Масштабирование и калибровка  калибровка 

устройстве NI PCI-6052E Рисунок 4-3 4-3. Измерение задержки распространения сигнала на устройстве NI Для DSADSA-устройства или любого другого устройства, у которого на любом входе, выходе или обоих каналах  каналах   имеется встроенная фильтрация, вы должны ожидать измерения  измерения  задержки задержки   распространения распространения сигнала, сиг нала,   состоящую состоящую   из из   суммы суммы   задержек задержек,, характерных для встроенных фильтров  фильтров  на входных или выходных каналах.  каналах.  Рисунок 44-4 показывает задержку для  для   сглаженных сглаженных   импульсов,   сгенерированных и полученных устройством NI PXIимпульсов, PXI-4461 с частотой опроса 204.8 кГц. кГц.

Рисунок 4 4-4 -4. Задержка распространения сигнала на устройстве NI устройстве NI PXI-4461 с частотой опроса 204.8 кГц  кГц 

Не все DSADSA-устройства устройства имеют постоянную задержку  задержку   распространения сигнала   во всѐм диапазоне поддерживаемых частот дискретизации. сигнала дискретизации . Например, задержка распространения сигнала устройства  NI PXI-4461 зависит от частоты дискретизации на выходном канале. Рисунок 4-5 4 -5 показывает общую зависимость задержки  задержки  распространения  распространения сигнала  сигнала с выхода на вход от частоты опроса для устройства NI устройства NI PXI-4461.

25

 

Масштабирование и калибровка  калибровка 

для  NI Рисунок 4-5 4-5. Зависимость задержки распространения сигнала от частоты дискретизации для NI PXI-4461 Задержка распространения, распространения, иллюстрированная на рисунках 4-3, 4-3, 4-4, 4-5, может значительно отличаться в зависимости от различной частоты опроса и устройств. Чтобы гарантировать  гарантировать   точность точность   измерений в ваших приложениях,, определите и учтите  приложениях учтите задержку распространения  распространения сигнала DAQDAQустройства на некоторой частоте опроса, используемой для вашего приложения.   приложения. Важно устранять результаты задержек в системах сбора данных  данных   по двум причинам.   Первая причина - это то, что всегда есть задержка между причинам. сгенерированным выходным сигналом и полученным входным на устройстве, даже когда входные и выходные каналы аппаратно синхронизированы. Вторая причина антиалиазинговые и антиимэйджинговые фильтры устройства вносят дополнительную задержку. Вы должны учесть  учесть  эту задержку, чтобы выполнить точные динамические измерения. Используйте входной параметр device propagation delay примерах, находящихся в директории программы LabVIEW в [samples] в примерах, поддиректориях   поддиректориях \examples\Sound and Vibration\Audio Measurements\, чтобы устранить задержку распространения сигнала DAQ-устройства. устройства.   Антиимэйджинговые и антиалиазинговые  антиалиазинговые  фильтры оказывают на данные эффект ФНЧ. Этот эффект отражается в переходных  переходных   процессах процессах   при резких изменениях   в данных. Эти переходы обычны в начале и конце генерации, изменениях при изменении частоты при использовании качающейся частоты  частоты   и при изменениях амплитуды.  амплитуды.  Примеры анализа с использованием качающейся частоты и аудиоаудио-измерений измерений   в пакете  пакете  Sound and Vibration Toolkit демонстрируют   этот переходный процесс в отклике устройства для демонстрируют достижения большей степени точности.  точности. 

26

 

Масштабирование и калибровка  калибровка 

Задержка распространения сигнала в объекте исследований - также важная спецификация в некоторых приложениях. Например, задержка  распространения для объекта исследования - это необходимый параметр при выполнении аудиоаудио-измерений и измерений частотного отклика с использованием качающейся частоты. Если объект исследования  исследования  и среда  распространения могут успешно передать импульсный сигнал, сигнал, используемый прибором SVL Measure Propagation Delay, без чрезмерного ослабления, то это измерение также применяется при измерении задержки  распространения сигнала объектом исследования и средой распространения. Рисунок 44-6 6 показывает схему соединений для этой конфигурации.  конфигурации. 

Рисунок 4-6 4-6. Измерение задержки распространения сигнала объектом исследования  исследования 

Задержка распространения сигнала объектом исследования определяется как  как  задержка всей системы  системы  за вычетом задержки  задержки  устройства. устройства.   Не забудьте при этом измерить задержку  задержку  самого самого   устройства устройства   - без соединения с объектом исследования.. исследования Задержка распространения сигнала для аналогового  аналогового  объекта исследования  исследования  –  –   скорее постоянная временная задержка, задержка, чем задержка отсчетов.  отсчетов. Используйте следующее   выражение, чтобы преобразовать измеренную задержку в следующее отсчетах к эквивалентной задержке в секундах:  секундах:   delay[s] = delay[samples]/sample rate[Hz] частоты  предполагают измерение Замечание  Виртуальные приборы качающейся частоты  задержки распространения в секундах и использования  использования  уравнения уравнения,, чтобы преобразовать задержку из секунд в отсчеты. отсчеты. 

27

 

 

5 Анализ тестирования пределов  пределов  В этой главе рассматривается использование экспрессэкспресс -ВП Limit Test Express VI и полиморфного  полиморфного прибора прибора SVL  SVL Limit Testing VI. Используйте  экспресс Используйте  экспресс--прибор прибор   Limit Test Express VI для интерактивного задания параметров теста со следующими типами данных  данных измерений измерений::

     



 

Форма сигнала  сигнала  Спектр   Спектр Скаляр   Скаляр

Обратитесь к Главе  Главе  3,  3,  Экспресс Экспресс--измерения измерения,,  и к Справке Справке   LabVIEW   за дополнительной информацией о  о приборе приборе Limit  Limit Test Express VI. Используйте виртуальный прибор SVL Limit Testing VI, чтобы провести  провести   анализ любого типа результатов измерений, произведенных пакетом Sound and Vibration Toolkit, в том числе: числе:

           



   



Форма сигнала  сигнала  Спектр   Спектр Пик   Пик Октава   Октава Сигнал качающейся частоты  частоты  Скаляр   Скаляр

Обратитесь к Справке  LabVIEW   для получения информации о конкретных  реализациях  прибора SVL Limit Testing VI.  реализациях

Обзор тестирования пределов  пределов  Рисунок 55-1 показывает место тестирования пределов в общей структуре процесса акустических и виброиспытаний.  виброиспытаний. 

28

 

пределов   Анализ тестирования пределов

Рисунок 5-1 5-1. Тестирование пределов в процессе акустических и виброиспытаний  виброиспытаний 

Вы можете использовать прибор SVL Limit Testing VI для анализа практически всех данных, получаемых с помощью пакета Sound and Vibration Toolkit. Обратитесь к Таблице 55-1 для  примеров типов данных, поддерживающихся прибором SVL Limit Testing VI и ВП, генерирующими поддерживаемые типы данных. данных.

29

 

пределов   Анализ тестирования пределов

Таблица 5-1 5-1. Типы данных, совместимые с SVL Limit Testing VI. Тип данных  данных 

Форма сигнала  сигнала 

Выходные ВП  ВП 

AI Read, DAQmx Read, Waveform Generation, Weighting, Integration, Vibration Level, Sound Level

 

 

 

 

 Частотный спектр   спектр

Baseband FFT, Baseband Subset FFT, Zoom FFT, Spectrum Extended Measurements

 

 

 

 

Данные для двухкоординатн ого графика (XY-данные) (XYданные)  

Octave, Octave Extended Measurements, Swept Sine

Пиковое значение   значение

Distortion, Single-Tone, Spectrum Extended Measurements

 

 

 

 

 

 

Скалярное значение   значение

Calibration, Vibration Level, Sound Level, Octave, Distortion, Single-Tone, Spectrum and Octave Extended Measurements  

 

 

 

 

 

Использование SVL Использование  SVL Limit Testing VI Тестирование пределов  пределов  позволит вам задавать  задавать  диапазон допустимых данных, чтобы найти полосу  полосу  пропускания. Вы можете взять верхний предел или нижний предел или оба, чтобы определить максимальное  максимальное   и  минимальное   значения данных, для выполнения тестов  минимальное тестов   типа нахождения диапазона. Вы можете взять верхнюю маску предела, нижнюю маску предела или обе, к прибору SVL Limit Testing VI, чтобы определить полосу пропускания, которая изменяется по  по  форме и уровню, основанными на приемлемых результатах в любой полученной точке измерений. Вы также можете создать прерывистую маску, маску, которая позволит вам выполнять тестирование пределов  пределов  только только   в  части части    результата при игнорировании остального.   остального. Вы должны указать  указать  по крайней мере один предел, иначе  иначе  прибор SVL Limit Testing VI вернѐт ошибку. Вы можете визуально отобразить входной сигнал, отказы, верхний и нижний пределы созданием индикатора с выходного  выходного   терминала  output values. терминала 30

 

пределов   Анализ тестирования пределов

Входы верхнего и нижнего пределов к прибору SVL Limit Testing VI должны быть совместимы со  со  входными сигналами. Таблица 5-2 содержит список минимально необходимых критериев для каждого входного типа данных сигналов, совместимых  совместимых с прибором SVL Limit Testing VI. В таблице 5-2 5-2 применяются следующие сокращения:  сокращения: 

             



 



  

dt - интервал времени, в секундах, между элементами  элементами  элементами   df   -- интервал частоты, в герцах, между элементами 

 N   -- количество количество  элементов в массиве  массиве   f  (i)   (i)  –  –   i-й i-й элемент частоты  частоты  сигнал   S  - сигнал –  маска верхнего предела  предела   U   –   –  маска нижнего предела  предела   L –  Таблица 5-2 Таблица  5-2. Критерии верхнего и нижнего пределов   Критерий для маски входного предела   предела

Тип входного сигнала  сигнала 

Форма сигнала Форма  сигнала   Waveform Data Type (t0, dt, [signal])

dt > 0 dtS  = dtU  = dt L   N S  S  = N U  U   = N   L 

 Частотный спектр  Частотный  спектр   Frequency Spectrum (f0, df , [spectrum])

f0S  = f0U  = f0 L  df S  S  = df U U    = df   L   N S  S  = N U  U   = N   L 

Октавный спектр, спектр качающейся частоты, двумерные данные  данные  Octave Spectrum, Swept Sine Spectrum,  XY data ([ X   X ], ], [Y  [Y ]]))

[ X   X ]S  = [ X   X ]U  = [ X   X ] L   N S  S  = N U  U   = N   L 

Идентифицированные пики, компоненты гармоник, фазы мультитонового сигнала  сигнала  Identified Peaks, Harmonic Components, Multitone Phases [(frequency, amplitude)]

 f (i)S  = f (i)U  = f (i) L   N S  S  = N U  U   = N   L 

 

Тестирование пределов  пределов  покрывает широкий диапазон тестирования данных, от определения диапазона до тестирования прерывистой маски частотного отклика спектра  спектра  сигнала качающейся частоты. частоты. Рисунки Рисунки   5-2, 5-4, 5-6 5-6 и  5-8 показывают только часть различных способов использования  использования   прибора SVL Limit Testing VI в ваших  ваших  приложениях. приложениях.  

31

 

пределов   Анализ тестирования пределов

Рисунок 5-2 5-2. Нахождение диапазона, проводимое в инженерных единицах измерения  измерения  

Рисунок  5Рисунок  5-2 2 иллюстрирует  иллюстрирует  нахождение нахождение   диапазона. Масштабированный сигнал, верхний и нижний пределы являются входами  входами   прибора SVL Limit Testing VI. Виртуальный  Виртуальный  прибор проверяет попадание  попадание  данных данных   в границы верхнего и нижнего пределов. пределов . Рисунок Рисунок 5-3  5-3 показывает выходные результаты нахождения  диапазона. нахождения диапазона.  

Рисунок 5-3. Рисунок  5-3. Нахождение диапазона для сигнала во временной области  области  

величины  Рисунок 5-4 5-4. Тестирование скалярной величины  32

 

пределов   Анализ тестирования пределов

Рисунок  5Рисунок  5-4 4 показывает тест  тест  типа «прошел/не прошел» при  при  измерениях суммарного   коэффициента суммарного коэффициента   гармонических искажений  искажений  THD. THD. Этот тест проверяет только верхний предел измерений, поэтому  поэтому  к ВП подсоединѐн только верхний предел. Верхний предел должен иметь те же единицы измерения,, что и входная величина. В этом случае и THD и верхний предел измерения выражены в процентах. Рисунок 5Рисунок 5-5 5 показывает выходные результаты теста  теста   THD.

Рисунок 5-5. Рисунок  5-5. Нахождение диапазона при измерениях THD

маски   Рисунок 5-6 5-6. Тест спектра мощности с использованием непрерывной маски Рисунок  5Рисунок  5-6 6 показывает тест  тест  спектра мощности  мощности  с использованием непрерывной маски. маски. Узел формулы задаѐт  задаѐт  верхний и нижний пределы в этом ВП, ещѐ больше усложняя этот  этот  тест тест,, чем тот, что на рисунке  рисунке   5-4. Рисунок   5Рисунок 5-7 7 показывает выходной график  график  для теста  теста  спектра мощности  мощности  с использованием непрерывной маски. маски .

33

 

пределов   Анализ тестирования пределов

Рисунок 5-7 Рисунок  5-7. Тест Тест  спектра мощности с использованием непрерывной маски  маски  

Рисунок 5-8. Рисунок  5-8. Тест частотного отклика сигнала качающейся частоты с использованием прерывистой маски  маски 

Рисунок  5Рисунок  5-8 8 показывает тест частотного отклика сигнала качающейся частоты с использованием прерывистой  прерывистой  маски маски.. Тест с использованием прерывистой маски  маски  может, может,   как отследить и проверить результаты  результаты   для для    различных амплитуд и диапазонов, диапазонов, так и остановить  остановить  тестирование в заданных интервалах. Например, Например, вы можете  можете  использовать огибающие, определяемые масками верхнегофильтр.  и нижнего пределов для такоговыходной объекта исследования, как режекторный фильтр.   Рисунок Рисунок    55-9 9 показывает граф для теста  теста  частотного отклика сигнала качающейся частоты с использованием прерывистой маски. маски. 34

 

пределов   Анализ тестирования пределов

Рисунок 5-9. Рисунок  5-9. Тест частотного отклика сигнала качающейся частоты с использованием прерывистой маски  маски 

35

 

 

6 Взвешивающие  фильтры Взвешивающие фильтры   Эта глава рассматривает использование взвешивающих фильтров в анализе звука и вибраций, включая описание назначения взвешивающих  взвешивающих   фильтров, типов взвешивающих фильтров  фильтров  и применение взвешивающих фильтров к данным во временной области, спектрам основанных на преобразовании Фурье и октавным спектрам.  спектрам.  Используйте экпрессэкпресс-ВП Sound Level Express VI, чтобы применить A-, Bили   Cили C-взвешивающие взвешивающие фильтры к измерениям уровня звука. Обратитесь к Главе 3,  3,  Экспресс Экспресс--измерения измерения,,  или к Справке Справке    LabVIEW , чтобы получить больше информации об экспрессэкспресс -приборе Sound Level Express VI. Следующие палитры пакета Sound and Vibration Toolkit включают виртуальные приборы взвешивающих  взвешивающих фильтров: фильтров:  

       

   

Weighting Octave Extended Measurements Spectrum Extended Measurements S&V Express Measurements

Обратитесь к Справке  LabVIEW за информацией об индивидуальных особенностях виртуальных приборов взвешивающих  взвешивающих фильтров. фильтров.  

Назначение взвешивающих фильтров  фильтров  Во многих приложениях, приложениях, включающих акустические измерения, конечным сенсором человеческое Другими словами , акустические словами, измерения является обычно делают попытку ухо. к описанию субъективного восприятия звука человеческим ухом. Измерительная аппаратура обычно  разрабатывается таким образом, чтобы получить плоскую АЧХ в полосе звуковых частот. С другой стороны, человеческое ухо имеет нелинейную характеристику. Поскольку в большинстве случаев конечным датчиком является человеческое ухо, то требуется скорректировать наши измерения в соответствии с моделью нашего слуха.  слуха.  Для устранения этой нелинейности используются   специальные фильтры, используются фильтры, известные как псофометрические взвешивающие фильтры. фильтры. Типичный частотный отклик микрофона показан на Рисунке 6Рисунке 6-1 1 и служит хорошим примером линейного отклика датчика.

36

 

Взвешивающие  фильтры фильтры   Взвешивающие

инструментального микрофона  микрофона  Рисунок 6-1. Рисунок  6-1. Частотный отклик обычного инструментального Этот микрофон разработан так, чтобы его частотный отклик был максимально плоским в диапазоне  диапазоне   частот от 10 Гц до 10 кГц.  кГц.   Сравните этот частотный отклик с кривыми равной  равной  громкости, показанными на рисунке 62.

Рисунок 6-2 6-2. Кривые равной громкости  громкости 

Громкость  - это субъективный индикатор восприятия уровня шума, Громкость  шума , выраженного в фонах (единица эквивалентной громкости, равная 1 децибелу). Уровень громкости в фонах  фонах   - это звуковой уровень давления в децибелах на частоте 1 кГц кГц,, имеющий такую же громкость, как и оцениваемый звук. Таким образом, звуковой сигнал частотой 1 кГц кГц   с уровнем громкости в 30 фонов столь же громок,  громок,  как и звуковой сигнал 37

 

Взвешивающие  фильтры фильтры   Взвешивающие

частотой 1 кГц с уровнем звукового давления в 30дБ на 20 мкПа. Однако звуковой сигнал частотой 100 Гц требует уровня звукового давления в 44 дБ  дБ   на 20 мкПа для получения аналогичного уровня  уровня громкости. громкости.  

Псофометрические взвешивающие фильтры  фильтры  В этой секции главы обсуждаются псофометрические взвешивающие фильтры, доступные в пакете Sound and Vibration Toolkit. A-, B- и CC-взвешивающие взвешивающие фильтры  фильтры  взвешивающие фильтры предназначены для:  для:  A-, B- и CC-взвешивающие

 



 



 



А-взвешивающий фильтр фильтр - это фильтр высоких частот, разработанный так, чтобы смоделировать  смоделировать  восприятие звуковых сигналов малой громкости. АА-взвешивающий фильтр прогрессивно корректирует частоты ниже 500Гц.  500Гц.  BB-взвешивающие взвешивающие фильтры моделируют восприятие звука средней громкости.. B-взвешивающие громкости B-взвешивающие фильтры используются достаточно редко. редко . С-взвешивающие фильтры устраняют звуки вне диапазона звуковых частот от 20  20  Гц до 20  20  кГц и моделируют восприятие  восприятие  звука с высоким уровнем громкости. громкости.

Замечание  Обратите внимание, что недавно в стандарт было введено понятие Zвзвешивающего фильтра. Чтобы  Чтобы использовать использовать Z Z-взвешивание взвешивание  в ВП из состава Sound and Vibration Toolkit, выберите значение Linear. 

 Частотный отклик этих фильтров стандартизован согласно стандарту ANSI S1.4. Рисунок Рисунок   66-3 3 показывает относительное затухание для A-, B-, Cвзвешивающих фильтров. 

C-взвешивающих фильтров.  фильтров.  Рисунок 6-3. Рисунок  6-3. Относительное затухание для A-, B- и C-взвешивающих

38

 

Взвешивающие  фильтры фильтры   Взвешивающие

Замечание  Каждый из этих фильтров имеет относительное затухание 0 дБ на частоте 1 Гц..  Гц Взвешивающие фильтры в радиосвязи  радиосвязи 

ITU-R 468-4 468-4 и DolbyDolby-взвешивающие фильтры –   это полосовые  полосовые  фильтры фильтры,, используемые для нахождения  нахождения  откликов на импульсные шумы, характерные для соединений аудиокабелей. Как правило, правило, такие фильтры используются для измерения шума программных звуковых  частот звуковых  частот    в радиовещании, звукозаписывающих системах системах   и звуковых схемах.  Частотный отклик фильтра ITU-R 468-4 стандартизован стандартизован   Рекомендацией Рекомендацией   ITU-R 468-4. Рисунок Рисунок   66-4 4 показывает относительное  относительное  затухание для ITU-R 468-4 и DolbyDolby-взвешивающих взвешивающих фильтров. фильтров.

Рисунок 6-4. Рисунок  6-4. Относительное затухание для взвешивающих фильтров в  радиосвязи.    радиосвязи. Фильтры взвешивания  взвешивания в телекоммуникациях телекоммуникациях  

CCITT и взвешивающие фильтры С-message С -message - это полосовые фильтры, фильтры, использующиеся для измерения шума  шума  звуковых частот в телефонных линиях.. CCITT (ITU-T) линиях (ITU-T) фильтр используется для международных телефонных линий. Фильтр C-message C-message обычно используется для  для  Североамериканских телефонных линий. линий.  Частотный отклик CCITT и C-message взвешивающих фильтров установлен   в стандарте ITUустановлен ITU-T O.41 и Bell System Technical Reference 41009, соответственно. Рисунок  Рисунок  66-5 5 показывает относительное затухание  затухание   для CCITT и C-message C-message взвешивающих фильтров.  фильтров. 

39

 

Взвешивающие  фильтры фильтры   Взвешивающие

Рисунок 6-5. Рисунок  6-5. Относительное затухание для взвешивающих фильтров в телекоммуникациях.   телекоммуникациях.

Применение взвешивающих фильтров  фильтров  Используйте

пакет

Sound

and

Vibration

Toolkit   чтобы ,

применить

взвешивающие к сигналам временной спектрам,   спектрам,  основанным   на фильтры основанным преобразовании Фурьево или спектрамобласти, спектрам    дробно дробно--октавного анализа. Рисунок6Рисунок6-6 6 иллюстрирует, иллюстрирует, как применять соответствующие фильтры в  в процессе процессе  измерения звуков и вибраций.  вибраций. 

40

 

Взвешивающие  фильтры фильтры   Взвешивающие

процессе измерений звука и вибраций.  вибраций.  Рисунок 6 6-6 -6. Взвешивание в процессе  Традиционно, взвешивающие фильтры построены на использовании аналоговых компонентов. Если вы используете внешний фильтр взвешивания, используйте параметр  параметр  weighting filter  для входа channel info  ВП SVL Scale Voltage to EU VI   чтобы обеспечить  обеспечить  отображение в надлежащих единицах  единицах  измерения. Так же ВП  ВП  взвешивания используют параметр channel info, чтобы сообщить об ошибке,  ошибке,  если приложение пытается применить дополнительное взвешивание к уже взвешенному сигналу.. сигналу ,

Замечание  Параметр weighting filter во входном параметре channel info  ВП SVL Scale Voltage to EU VI контролирует назначение правильных единиц измерения сигнала, но это не  не означает выполнения виртуальным прибором какойкакой -либо фильтрации. фильтрации. 

Обратитесь к Главе  Главе  4,  Масштабирование  Масштабирование и калибровка калибровка,,  за информацией о масштабировании  сигнала. масштабировании сигнала.  

41

 

Взвешивающие  фильтры фильтры   Взвешивающие

Применение фильтров взвешивания к данным во временной области  области   В этой секции  секции   рассматривается 2 различных подхода к применению взвешивания во временной области, предлагаемой в SVT, и каждый подход  подход  использует свои  свои  стандарты стандарты.. В этой секции также обсуждается, обсуждается , как выполнять АА-взвешивание измерений уровня звука и важность выбора соответствующей частоты дискретизации  дискретизации  при использовании приближения ко взвешиванию во временной области с произвольной частотой дискретизации.. дискретизации Используйте виртуальные приборы палитры Weighting, чтобы применить взвешивание к  к  сигналам во временной области. Эти виртуальные приборы используют   используют готовые   готовые фильтры,, фильтры чтобы применить желаемое  желаемое  псофометрическое взвешивание. Готовые фильтры  фильтры   поддерживают только конечный набор частот  частот  дискретизации дискретизации.. Таблица 6-1 6-1 содержит список поддерживаемых частот дискретизации. дискретизации. Для A-,B-,CA-,B-,C-взвешивания, взвешивания, вы можете использовать  использовать   ВП ВП Weighting  Weighting (Arbitrary Rate) VIs, VIs, чтобы применить взвешивание для  для   частоты дискретизации,  дискретизации,  не указанной в таблице 6-1. 6-1. Таблица 6-1 6-1. Поддерживаемые псофометрическими фильтрами частоты дискретизации   дискретизации Поддерживаемыее фильтры  Поддерживаемы фильтры  Частоты дискретизации  дискретизации 

A, B, Cweighting

ITU-R 4684/Dolby

CCITT/Cmessage

От 4 кГц до 20 кГц   4 кГц, 8 кГц, 10 кГц, 11.025 кГц, 12.8 кГц  кГц 

Да   Да

 —  

Да   Да

От 20 кГц до 1 МГц  МГц  20 кГц, 22.05 кГц,  кГц,  25.6 кГц, 40 кГц,  кГц,  44.1 кГц, 48 кГц, 50 кГц,  кГц,   51.2 кГц, 80 кГц, 96 кГц,  кГц,  

Да   Да

Да   Да

Да   Да

100 кГц, кГц,  192 кГц, кГц, 102.4 200 кГц,  кГц,     204.8 кГц, 500 кГц, 1 МГц  МГц   National Instruments  рекомендует использование фильтра  фильтра  взвешивания с фиксированной частотой  частотой  дискретизации, если эти ВП  ВП  поддерживают поддерживают   желаемую частоту дискретизации. Эти виртуальные приборы предоставляют 2 преимущества перед ВП произвольной частоты дискретизации: дискретизации : соответствие соответствующим стандартам по всему  всему  диапазону частот и немного более быстрое выполнение изиз -за предварительно вычисленных коэффициентов фильтра.  фильтра. 

42

 

Взвешивающие  фильтры фильтры   Взвешивающие

Замечание  Алгоритмы дизайна фильтра различны при использовании взвешивания с фиксированными и произвольными частотами дискретизации. Использование фильтра  фильтра   взвешивания с поддерживаемой фиксированной частотой и  использование эквивалентного фильтра с произвольной  произвольной  частотой на той же самой частоте дискретизации приводит к  к  достижению разных результатов. Каждая реализация предлагает согласование с соответствующими стандартами по частотному диапазону, диапазону, как описано  описано в секции  секции Соответствие стандартам. стандартам. 

Соответствие стандартам  стандартам  В этой секции  секции  обсуждаются стандарты, которым подчиняются различные фильтры взвешивания.  взвешивания. 

A-, B-, C-взвешивающие C-взвешивающие фильтры  фильтры  Используйте ВП SVT A, B, C Weighting Filter (Fixed Rates) VI или ВП SVT Weighting Filter VI, VI, чтобы применить A-, B-, C-взвешивающие C-взвешивающие фильтры к сигналам во временной области.  области.  Стандарты ANSI

При  соединении При  соединении   с  любым любым   DSA-устройством DSA-устройством,, фильтр фильтр   взвешивания взвешивания,, используемый   ВП используемый ВП   SVT A, B, C Weighting Filter (Fixed Rates) VI или или   созданный с помощью ВП  ВП  SVT Weighting Filter VI, VI, соответствует  соответствует  следующим  стандартам следующим стандартам::

   

 

ANSI S1.4-1983 ANSI S1.42-2001

ВП SVT Weighting Filter VI сглаживает сглаживает  любую частоту выборки  выборки выше 4  4 кГц и  подбирает подбирает   коэффициенты коэффициенты   фильтра фильтра   так, чтобы выдержать кривые затухания в соответствии со стандартами ANSI ANSI.. Далее выбирается частота дискретизации, согласованная со специфическим типом фильтра, «type «type 1» 1»  или «type «type 0» 0»   обеспечивают указанную  указанную  частоту. Эта частота  частота  - максимальная частота в пределах допустимого. Используйте  Используйте  ВП ВП   SVT Max Frequency Within Tolerances [ANSI] VI, VI, чтобы определить максимальную частоту в пределах допустимого. ВП SVT A, B, C Weighting Filter Fil ter (Fixed Rates) VI поддерживают частоту дискретизации,   указанную в таблице 6дискретизации, 6-1. Для всех поддерживаемых  поддерживаемых  частот дискретизации ВП обеспечивают соответствие типа фильтра «type «type 0» 0»  частоте Найквиста.  Найквиста.  Стандарт ISO/IEC

Используйте ВП SVT A, B, or C Weighting Filter (Fixed Rates) VI или ВП SVT Weighting Filter VI, чтобы применить A-,B-,CA-,B-,C-фильтры фильтры взвешивания к сигналам во временной области. При соединении с любым DSAустройством, взвешивающий фильтр, фильтр, используемый ВП  ВП  SVT A, B, or C Weighting Filter (Fixed Rates) VI или  или   созданный с помощью  помощью  ВП SVT Weighting Filter VI, VI, соответствует стандарту IEC стандарту IEC 61672-1:2002.

43

 

Взвешивающие  фильтры фильтры   Взвешивающие

ВП SVT Weighting Filter VI сглаживает любую частоту отсчетов выше 4 кГц и подбирает коэффициенты фильтра так, чтобы выдержать кривые затухания в соответствии со стандартами  стандартами  IEC. IEC. Далее выбирается частота отсчетов, согласованная со специфическим типом фильтра, любой из двух «Class 2» 2»  или «Class «Class 1» 1»  обеспечивают определенную частоту. Эта частота  частота   максимальная частота в пределах допустимого. Используйте ВП SVT Max Frequency Within Tolerances [IEC] VI, чтобы определить максимальную частоту в пределах допустимого. ВП SVT A, B, C Weighting Filter (Fixed Rates) VI поддерживают частоту дискретизации,  указанную в таблице 6-1. дискретизации,  6-1. Для всех поддерживаемых частот дискретизации ВП обеспечивают соответствие  соответствие   типа фильтра «Class «Class 1» 1»  частоте Найквиста. Найквиста.

Фильтры взвешивания радиосвязи  радиосвязи  При объединении с любым DSADSA-устройством устройством фильтр взвешивания, взвешивания , используемый ВП SVT Radiocommunications Weighting Filter (Fixed Rates) VI, соответствует стандарту  ITU-R 468-4. ВП SVT Radiocommunications Weighting Filter Filter (Fixed Rates) VI поддерживает частоту  частоту  дискретизации, дискретизации,   указанную в таблице 66-1. Для всех  всех  поддерживаемых частот дискретизации  дискретизации  виртуальный  прибор обеспечивает соответствие частоте Найквиста.  виртуальный Найквиста. 

Фильтры взвешивания телекоммуникаций  телекоммуникаций  При объединении с любым DSADSA-устройством устройством фильтр взвешивания, взвешивания , используемый ВП SVT Telecommunications Weighting Filter (Fixed Rates) VI   соответствует следующим  следующим стандартам стандартам:: ,

   

 

ITU-T O.41 Bell System Technical Reference 41009

ВП SVT Telecommunications Weighting Filter (Fixed Rates) VI поддерживают частоты дискретизации, указанные  указанные  в таблице 66-1. Для всех поддерживаемых частот дискретизации  дискретизации  виртуальные приборы обеспечивают соответствие частоте Найквиста. Найквиста. Выполнение измерений уровня звука  звука с использованием AA-взвешивания взвешивания  

Блок-диаграмма на рисунке  Блокрисунке  66-7 7 показывает виртуальный прибор, прибор, использующий взвешивающий  взвешивающий  фильтр фильтр,, чтобы выполнить измерение уровня звука с использованием AA-взвешивания взвешивания с медленной постоянной времени ( L  L AS ) на имитируемом  имитируемом  сигнале. Это приложение применяет взвешивание к сигналу во временной области с использованием  использованием  SVT A, B, C Weighting Filter (Fixed Rates) VI, VI, потому что сигнал смоделирован с поддерживаемой частотой дискретизации для АА-взвешивания, указанной в таблице 6-1. 6-1.

Блок--диаграмма AA-взвешивания взвешивания сымитированного  сымитированного во во  временной области сигнала.  сигнала.  Рисунок 6-7. Рисунок  6-7. Блок 44

 

Взвешивающие  фильтры фильтры   Взвешивающие

Данные временной области сымитированы  сымитированы  и отмасштабированы  отмасштабированы  перед тем, как   подать как подать   их на ВП SVT A, B, C Weighting Filter (Fixed Rates) VI. Взвешенный сигнал подаѐтся  подаѐтся на на  ВП ВП Sound  Sound Level Measurement VI.  

Рисунок  6Рисунок  6-8 8 показывает входную и выходную форму сигнала  сигнала   во временной области, когда синусоидальный сигнал частотой 250 частотой  250 Гц Гц  подаѐтся подаѐтся  на ВП SVT A, B, C Weighting Filter (Fixed Rates) VI с использованием взвешивающего фильтра типа А.  А. 

A-взвешивания взвешивания сигнала во временной области.  области.  Рисунок 6-8 Рисунок  6-8. Результат AЗдесь имеется разность фаз  фаз  между входным и выходным сигналами, потому что фильтр применяет взвешивание во временной области.  области.   Переходной Переходной   процесс в начале отфильтрованного сигнала  сигнала   соответствует времени установления фильтра. фильтра.

Применение взвешивающих фильтров к октавному спектру  спектру   Когда важна производительность, например, малая загрузка процессора, применение   взвешивания в частотной области может улучшить применение эффективность   измерительного процесса. Блокэффективность Блок-диаграмма на рисунке  рисунке  6-9 использует ВП SVT Weighting Filter (octave) VI для применения взвешивания к третьтреть-октавному спектру. Метод взвешивания, показанный  показанный  на рисунке  рисунке  6-9, требует меньшего количества процессорного времени, времени, чем применение взвешивания во временной области и последующее  последующее  вычисление треть--октавного спектра.  треть спектра. 

45

 

Взвешивающие  фильтры фильтры   Взвешивающие

Рисунок 6-9. Рисунок  6-9. Применение взвешивания для третьтреть -октавного спектра  спектра  Ошибки изиз-за однородных исправлений  исправлений 

При применении взвешивания к дробнодробно-октавному спектру, помните, помните, что затухание взвешивающего фильтра определяется  определяется  непрерывной функцией частотного   отклика. При математическом взвешивании спектра, частотного спектра, состоящего из данных дробнодробно-октавного спектра, скорректированные  скорректированные  значения значения,, применяемые для взвешивания, взвешивания, приравниваются к теоретическим значениям центральной   частоты полосы дробноцентральной дробно-октавного спектра. спектра. Применение Применение   скорректированных значений создаѐт строго  строго  прямоугольный фильтр, который не имеет непрерывной характеристики. Фильтр применяет одинаковую коррекцию ко всем мощностям в каждой полосе дробно октавного спектра. спектра. Применение скорректированных значений к сигналу, сигналу, содержащему чистый тон, тон, близкий к одной из границ дробнодробно-октавного фильтра, может вызвать ошибку в измерениях. Ошибка обычно незначительна, если только фильтр взвешивания типа А не был использован на частотах ниже 500  500   Гц. На частотах ниже 500 Гц наклон  наклон   кривой ААвзвешивания очень крут. Рисунок  Рисунок  66-10 10 показывает, показывает, как наклон ААвзвешивания может внести вклад в вероятность  вероятность  ошибок измерений  измерений  на низких частотах.  частотах. 

A-взвешивании на Рисунок 6-10 6-10. Потенциальная ошибка измерения при A-взвешивании низких частотах  частотах  46

 

Взвешивающие  фильтры фильтры   Взвешивающие

измерения, как как   на рисунке  рисунке  6-10, может возникнуть Замечание  Такой же тип ошибки измерения, при применении взвешивания к  к   спектрам спектрам   Фурье. Однако, ошибка почти всегда незначительна,, пока разрешение частоты спектра приемлемо. незначительна приемлемо. Например Например,, ошибка незначительна с разрешением разрешением частоты в 10 Гц или  или точнее точнее.. 

Применение взвешивания к спектрам  спектрам Фурье Фурье   Наиболее

эффективным

способом

вычисления   взвешенно вычисления взвешенно--частотного частотного  

спектра  спектра   является применение взвешивания частотной области,мощности особенно когда вам нужно сравнить спектр мощности всигнала со спектром того же сигнала уже после применения взвешивающего фильтра. Вы можете использовать   ВП использовать ВП   SVT Weighting Filter (frequency) VI для выполнения  выполнения  взвешивания  в частотной области.  взвешивания области.  На рисунке 66-11 изображен фильтр  фильтр взвешивания при измерении измерении в частотной области.   области.

мощности   Рисунок 6-11. Рисунок  6-11. Применение частотного взвешивания для спектра мощности  На рисунке 66-12 показана другая реализация,  реализация,  основанная на применении фильтров взвешивания для сигнала во временной области и последующем вычислении  спектра мощности.  вычислении мощности. 

мощности   Рисунок 6-12. Рисунок  6-12. Применение взвешивания перед вычислением спектра мощности  На рисунке 6-11 6-11 спектр мощности  мощности  вычислен только один раз. На рисунке 6612 спектр мощности вычислен дважды, что приводит  приводит  к большему использованию центрального процессора и увеличению времени обработки. Применяя фильтр  фильтр взвешивания в частотной области, области , как на рисунке 6-11, 6-11, вы можете уменьшить использование центрального процессора и время обработки.   обработки.

47

 

 

7 Интегрирование   Интегрирование В этой главе обсуждается процесс интегрирования, включая основную теорию и выполнение во временной и частотной области. области.   Пакет Sound and Vibration Toolkit включает следующие виртуальные приборы для интегрирования: интегрирования:

     







SVL Integration VI для интегрирования интег рирования во временной области области   SVL Integration (frequency) VI для интегрирования и нтегрирования в частотной области области   Vibration Level Express VI для интерактивного преобразования данных  данных  ускорения в данные  данные  скорости и смещения и конфигурирования  конфигурирования  измерения уровня вибрации.  вибрации. 

измерения,,  для получения большей Обратитесь к Главе 3, 3, ЭкспрессЭкспресс-измерения информации об  об экспресс экспресс--приборе Vibration Level Express VI. Обратитесь к  к  Справке  LabVIEW за информацией о виртуальных приборах интегрирования.   интегрирования.

Введение в интегрирование  интегрирование  Преобразования между ускорением, скоростью и смещением базируются на одном из фундаментальных законов физики Ньютона, представленным следующими уравнениями:  уравнениями: 

Скорость Скорость  - это первая производная смещения по времени.  времени.  Ускорение  - это первая производная скорости и вторая производная Ускорение  смещения по времени. Поэтому данное ускорение представляется простым интегрированием по времени, чтобы вычислить скорость или представляется двойным интегрированием по времени, времени, чтобы вычислить смещение.   смещение. При представлении ускорения точкой  точкой  простой синусоиды, скорость и смещение точки хорошо известны и представлены следующими уравнениями:   уравнениями:

48

 

Интегрирование Интегрирование  

7-1 и 7-2 7-2 начальное условие произвольно установлено на ноль. ноль .  Замечание В уравнениях 7-

Амплитуда скорости обратно пропорциональна частоте вибрации. Амплитуда смещения обратно пропорциональна квадрату частоты вибрации. Кроме того, фаза скорости отстает от ускорения на 90  90  градусов. Фаза смещения отстает от ускорения на 180 градусов. Рисунок 7-1 7 -1 иллюстрирует отношения между ускорением, скоростью и смещением.  смещением.  

Рисунок 7-1. Рисунок  7-1. Интеграция синусоиды частотой 0.5 Гц  Гц 

Интегрирование синусоиды известно в закрытой форме. Интегрирование сигнала произвольной формы  формы  обычно требует численной  численной  аппроксимации. Вы можете использовать несколько числовых интегрирующих схем, схем , чтобы оценить интеграл во временной области.  области.   В частотной области вы можете определить  определить   любую произвольную  произвольную  с ограниченной полосой частот  частот  форму сигнала  сигнала  как сумму  сумму  синусоид. Так как  как  для синусоид отношения фазы и амплитуды известны, то вы можете выполнить интегрирование в частотной области, как показано на рисунках 77-9 9 и 7-10. 7-10.

Интегрирование   Интегрирование Если вам нужно выполнить измерения на данных скорости или смещения, когда вы только получили данные ускорения и скорости, соответственно, интегрируйте измеренный сигнал, сигнал, чтобы получить желаемые данные. Вы 49

 

Интегрирование Интегрирование  

можете выполнить интегрирование или во временной области  области   как форму согласования сигнала  сигнала  или в частотной области как ступень  ступень   анализа. При выполнении в частотной области, интегрирование - одно из  распространенных измерений для частотного анализа. На рисунке 7-2 7-2 показано, показано,   как интегрирование вписывается в процесс измерения звуков и вибраций.  вибраций. 

измерений  Рисунок 7-2 7-2. Соотношение интегрирования с процессом акустических и вибрационных измерений 

Проблемы  при интегрировании данных вибрации  Проблемы вибрации  Преобразование данных ускорения к данным скорости или смещения содержит   пару уникальных проблем. Измеренные  содержит Измеренные  сигналы, как правило,  правило,  содержат нежелательную постоянную составляющую. Обратитесь к секции  секции   50

 

Интегрирование Интегрирование  

 Постоянная составляющая  составляющая  за информацией по этой проблеме. Вторая проблема    –   факт, что многие преобразователи, особенно вибрационные проблема преобразователи,, имеют низкочастотные пределы. Преобразователь не преобразователи может точно измерить компоненты частоты  частоты   ниже низкочастотного предела преобразователя. Обратитесь к секции  секции  Преобразователи Преобразователи   за информацией по этой проблеме. проблеме. Постоянная составляющая составляющая  

Даже действительна, если бы постоянная составляющая составляющая    во во   взвешенном сигнале могла что могла  бы быть присутствие постоянной составляющей составляющей    указывает, объект тестирования  тестирования имеет конечное ускорение по оси преобразователя. Для обычного измерения вибрации, объект тестирования  тестирования  устанавливается или подвешивается в испытательную установку.  установку.   Конечное Конечное   ускорение объекта тестирования   это ноль. Поэтому любая постоянная составляющая  тестирования составляющая  в измеренном ускорении является артефактом  артефактом и должна игнорироваться.  игнорироваться.  Преобразователи   Преобразователи

Большинство преобразователей ускорения и скорости не предназначены для точного измерения частоты компонентов, близких к постоянной составляющей. Близость к постоянной составляющей  составляющей  относительна и зависит от специфики преобразователя. Обычный акселерометр может измерить компоненты вплоть до  до  частоты частоты   10 Гц. Обычный датчик скорости может точно измерить компоненты частоты вплоть до  до  2-3 Гц. Неточно измеренные низкочастотные вибрации могут преобладать над откликом, когда сигнал проинтегрирован, потому что интегрирование ослабляет  ослабляет   низкочастотные компоненты меньше, меньше, чем высокочастотные.  высокочастотные. 

Интегрирование  с использованием Sound and Vibration Toolkit  Интегрирование Toolkit   ВП SVL Integration VI и ВП SVL Integration (frequency) VI  решают задачи преобразования данных ускорения в данные скорости и смещения. смещения.

Интегрирование во временной области  области  В этой секции  секции  представлены примеры и обсуждение  обсуждение  интегрирования интегрирования   во временной области.  области. 

Однократный сбор данных  данных и интегрирование  интегрирование  Следующий пример показывает, как вы можете использовать интегрирование,, чтобы преобразовать данные ускорения в данные интегрирование смещения,, однократно смещения однократно   собрав собрав   и проинтегрировав их. В этом примере, собран сигнал  сигнал  на частоте выборки 51.2 51.2 кГц и дважды проинтегрирован. На  рисунке 77-3 показана блокблок-схема для виртуального прибора.  прибора. 

51

 

Интегрирование Интегрирование  

Блок--диаграмма для однократного сбора данных  данных и интегрирования  интегрирования  Рисунок 7-3. Рисунок  7-3. Блок Поскольку интегрирование реализовано с помощью фильтров, фильтров, наблюдается переходный процесс, процесс, связанный связанный   с интегрированием  интегрированием  во время установки фильтров. Вы должны позаботиться о том, чтобы избежать  избежать   области переходного процесса при дальнейших измерениях. Рисунок 77 -4 показывает  результаты однократного сбора данных  данных  и интегрирования синусоидального сигнала   на частоте 38 Гц. Вы можете наблюдать переходный процесс в сигнала первых 200  200 мс проинтегрированного сигнала.  сигнала. 

Рисунок 7-4. Рисунок  7-4. Переходный процесс при однократном сборе данных и интегрировании   интегрировании

Непрерывный  сбор данных  Непрерывный данных и интегрирование  интегрирование  В большинстве случаев, интегрирование во временной области производится  с непрерывным сбором данных. На рисунке 7производится 7-5 показана блокблоксхема для виртуального прибора с непрерывным сбором данных  данных   и интегрированием.   интегрированием.

52

 

Интегрирование Интегрирование  

Рисунок 7-5. Рисунок  7-5. Непрерывный сбор данных и интегрирование  интегрирование 

В этом примере, пропускание через фильтр  фильтр верхних частот используется для интегрирования на частоте  частоте  10 кГц. кГц.   Кроме того, интегрирование точно сбрасывается   в первой итерации  сбрасывается итерации  виртуального прибора, прибора, а в  следующих итерациях выполняется непрерывно. непрерывно. В  этом примере, дополнительный  дополнительный  проводник   является необязательным, потому что ВП SVL Integration VI проводник автоматически сбрасывается при первом вызове  вызове  и далее работает непрерывно.. непрерывно Если вы используете блокблок -диаграмму с рисунка 77-5 в больших приложениях, требующих  неоднократного запуска  требующих запуска  и останова процесса получения данных,  National Instruments  рекомендует  рекомендует   установить вход  вход  reset filter в значение  TRUE для первой итерации While Loop. Установка входа  входа  reset filter  в значение  TRUE заставляет фильтр перезагружаться всякий раз при старте сбора данных. Установите  Установите  вход reset filter  в значение FALSE для последующих итераций While Loop. Рисунок 77-6 показывает результаты непрерывного  непрерывного   сбора данных  данных  и интегрирования той же синусоиды частотой 38  38  Гц, использованной в примере однократного сбора данных и интегрирования.  интегрирования. 

Рисунок 7-6. Рисунок  7-6. Установившийся отклик при непрерывном сборе данных и интегрировании   интегрировании

53

 

Интегрирование Интегрирование  

Как и в однократном сборе данных  данных   и интегрировании, непрерывный сбор данных   и интегрирование имеет начальный  данных начальный  переходный процесс. процесс. Позаботьтесь о том, чтобы избежать дополнительных измерений до тех пор, пока отклики фильтров не установятся. После установки фильтров  фильтров   вы сможете использовать интегрирование сигналов для дополнительного анализа.. анализа На рисунке 77-7 показан частотный отклик при однократном  однократном  интегрировании интегрировании   во временной области. Рисунок 7-8 7-8 показывает показывает   частотный отклик при двойном интегрировании  интегрировании во временной области. области.

Рисунок 7-7. Рисунок  7-7. Частотный отклик при однократном однократном интегрировании  интегрировании 

54

 

Интегрирование Интегрирование  

Рисунок 7-8. Рисунок  7-8. Частотный отклик при двойном интегрировании  интегрировании 

На рисунке 77-7 вы можете видеть характеристику 20  20   дБ на декаду амплитудного отклика при однократном интегрировании. На рисунке 77 -8 вы можете видеть характеристику 40 дБ на декаду амплитудного отклика при двойном интегрировании. Верхние и нижние пределы частоты существуют для того, чтобы вы могли получить определенную степень точности в амплитудном отклике. Например,, выборка Например выборка   на частоте 51.2 51.2 кГц, амплитудный отклик интегрирующего звена точен до 1  1   дБ в пределах от 1.17 Гц до 9.2 кГц для однократного интегрирования и от 1.14 Гц до 6.6 6. 6 кГц для двойного интегрирования. Точность диапазонов меняется  меняется   с частотой выборки и верхней частотой среза. Затухание фильтра при однократном интегрировании составляет  составляет  95 дБ на 9. 9.2 кГц. кГц. Затухание фильтра двойного интегрирования  составляет 185 дБ  интегрирования дБ на 6.6 кГц. Точность на высоких частотах обычно не является важной. важной.

Интегрирование  в частотной области  Интегрирование области  Вы можете использовать следующие стратегии для получения спектра  спектра   проинтегрированного сигнала: сигнала:

55

 

Интегрирование Интегрирование  

 



 



Выполнять интегрирование во временной области до того, как вычислять спектр. спектр. Вычислять спектр перед выполнением интегрирования  интегрирования   в частотной области.   области.

Следующий пример демонстрирует выполнение стратегии получения спектра проинтегрированного сигнала. Рисунок 7-9 7 -9 показывает показывает   блок блок-диаграмму  такого диаграмму такого  виртуального прибора.  прибора. 

Рисунок 7-9. Рисунок  7-9. Интегрирование во временной и частотной областях  областях  

Входной параметр highpass cutoff frequency  ВП ВП SVL  SVL Integration VI задаѐтся задаѐтся   константой в 10 Гц. У  У  ВП ВП   SVL Integration (frequency) VI нет нет   входного входного   параметра   highpass cutoff frequency. Вместо этого  параметра этого  ВП ВП   SVL Integration (frequency) VI устанавливает постоянную составляющую   составляющую  проинтегрированного сигнала в 0,  0,   если масштаб спектра линейный, линейный, или к минус--бесконечности минус бесконечности,, если масштаб спектра проградуирован в децибелах.  децибелах.  Рисунок 77-10 показывает результаты интегрирования во временной и частотной областях.  областях. 

56

 

Интегрирование Интегрирование  

сигнала   Рисунок 7-10. Рисунок  7-10. Спектр мощности проинтегрированного сигнала  Спектр мощности вычислен после установления  установления   фильтров интегрирования временной области.  области.  Интегрирование Интегрирование   в  частотной области масштабирует спектр на каждой спектральной линии. Для интегрирования в частотной области не  не нужно время  время  установления установления,, потому что фильтры интегрирования никак не связаны с интегрированием в частотной области. Выполняйте  интегрирование Выполняйте  интегрирование   в  частотной области в следующих ситуациях, чтобы максимизировать производительность: производительность:

 



 



Когда проинтегрированный сигнал не нуждается во временной области.. области Когда спектральные измерения уже сделаны. сделаны .

57

 

 

8 Измерения уровня вибрации  вибрации  В этой главе кратко обсуждаются концепции анализа, связанные с выполнением измерений уровня вибрации и то, как вы можете использовать ВП Vibration Level Express и ВП Vibration Level, Level , для выполнения  выполнения  измерений уровня вибрации. Используйте ВП Vibration Level Express, чтобы быстро создать  создать  и в интерактивном режиме сконфигурировать следующие измерения уровня вибрации:   вибрации:

     

   

   



Среднеквадратичное значение  значение  Скользящее  среднеквадратичное значение  Скользящее значение  Пиковое  значение Пиковое значение   Максимальное –  минимальное значения  значения  Экспоненциальное усреднение  усреднение 

Вы также можете использовать  использовать   ВП ВП   Vibration Level Express, чтобы экспортировать сигнал после однократного или двойного интегрирования. Экспресс--измерения измерения,,  и  к Справке  LabVIEW , для Обратитесь к Главе 3, Экспресс получения большей информации о виртуальных приборах  приборах   для измерения уровня вибрации.  вибрации.  Рисунок 88-1 показывает, показывает, как измерения уровня вибрации соотносятся с общей картиной процесса акустических и вибрационных измерений. измерений .

58

 

вибрации  Измерения уровня вибрации 

Рисунок 8-1 8-1. Связь измерений уровня вибрации с общим процессом акустических и вибрационных измерений  измерений  

Измерение среднеквадратического уровня  уровня  Основным требованием измерений уровня вибрации является измерение уровня сигналов, полученных с акселерометра. Уровень сигнала с акселерометра обычно выражается  выражается как среднеквадратическое  среднеквадратическое ускорение ускорение..

Однократный буферизированный сбор данных  данных  Блок-диаграмма Блокдиаграмма   на рисунке 88-2 иллюстрирует виртуальный прибор, прибор , предназначенный для выполнения однократного сбора данных  данных и вычисления среднеквадратичных значений. значений.

59

 

вибрации  Измерения уровня вибрации 

ВП  RMS Level VI Рисунок 8-2. Рисунок  8-2. Однократный буферизированный сбор данных и ВП RMS  Частота дискретизации составляет  составляет  10000 отсчѐтов отсчѐтов   в секунду. Буфер  Буфер  содержит данные за одну одн у секунду, возвращенные прибором сбора данных данных..

Непрерывный сбор данных  данных  Вы можете использовать блокблок-диаграмму диаграмму   на рисунке 88-2 с циклом While, чтобы непрерывно собирать данные с акселерометра и отображать уровень вибрации на графике. БлокБлок-диаграмма на рисунке 88-3 иллюстрирует, иллюстрирует, как измерять   среднеквадратичное значение  измерять значение  каждые 100 миллисекунд и отображать результаты на графике. В этом примере, среднеквадратичное значение вычисляется на основе последних 100 мс собранных данных. данных.

ВП RMS Level VI Рисунок 8-3. Рисунок  8-3. Непрерывный сбор данных и ВП RMS Замечание  Установите входной параметр restart averaging  прибора прибора SVL  SVL RMS Level VI в значение TRUE TRUE.. В противном случае, прибор SVL RMS Level VI будет накапливать промежуточные результаты, чтобы вычислить среднеквадратичное значение уровня вибрации для всех собранных данных, вместо того, чтобы вычислить его только по последнему блоку данных. данных. 

Измерение скользящего среднеквадратического  среднеквадратического значения значения   Виртуальный прибор SVL  Running RMS за Level VI возвращает среднеквадратическое  среднеквадратическое   значение, значение,  вычисленное прошедшие  N секунд секунд,, которые являются  являются  временем интегрирования. БлокБлок -диаграмма диаграмма   на рисунке 884 иллюстрирует применение прибора  прибора  SVL Running RMS Level VI.  Частота  

60

 

Измерения уровня вибрации  вибрации 

дискретизации составляет  составляет  10000 отсчетов в секунду.  секунду.  Прибор сбора данных считывает выборку в 1000 отсчѐтов за раз. раз .

Рисунок 8-4. Рисунок  8-4. ВП скользящего среднеквадратического  среднеквадратического значения значения  

Вычисление пикового уровня  уровня  Используйте  прибор Используйте  прибор   SVL Peak Level VI для вычисления пикового уровня  уровня   сигнала. В пиковом  пиковом  усреднении наибольший измеренный уровень значения из всех предыдущих вычисляется и возвращается до тех пор, пор , пока новое значении не превысит максимум. Новое значение становится новым максимальным значением и это значение возвращается до тех пор , пока новое значение  значение  не превысит его. Обратитесь к Главе 9,  9,  Измерения уровня  звука ,   , за получением большей информации о пиковом  пиковом усреднении усреднении..

Вычисление пикпик-фактора фактора   Пик-фактор Пикфактор    –   отношение пикового значения к среднеквадратичному значению   исследуемого значению исследуемого   сигнала и показывает  показывает  форму форму   сигнала сигнала.. Пик Пик--фактор определяется следующим выражением:  выражением: 

Где   Где –  пик пик--фактор фактор    F c  –  V  pk   –  –  пиковое значение сигнала  сигнала  V rms –  среднеквадратическое среднеквадратическое  значение сигнала  сигнала  rms  –  Блок-диаграмма Блокдиаграмма   на рисунке 88-5 иллюстрирует применение  применение  прибора SVT Crest Factor VI. Наряду с  с   пик пик--фактором, фактором,   SVL Crest Factor VI также возвращает пиковые и  и среднеквадратические среднеквадратические  значения значения..

61

 

Измерения уровня вибрации  вибрации 

Рисунок 8-5. Рисунок  8-5. ВП пикпик-фактора фактора  

62

 

 

9 Измерения уровня звука  звука  В этой главе обсуждаются некоторые концепции анализа, анализа , связанные с выполнением измерений уровня звука и использование приборов  приборов   палитры Sound Level для выполнения  выполнения  измерений измерений   уровня звука. Вы можете комбинировать различные измерения уровня звука и использовать их совместно,, чтобы обеспечить  совместно обеспечить гибкость акустических измерений.  измерений.  Используйте  экспресс Используйте  экспресс--ВП ВП   Sound Level Express VI, чтобы создать и в интерактивном режиме сконфигурировать следующие измерения уровня звука:   звука:

   







   



Leq  –  –  эквивалентный уровень  уровень  Скользящий эквивалентный уровень  уровень   Пиковый уровень  уровень  Экспоненциальное среднее  среднее 

Вы так же можете использовать экспрессэкспресс-приборы Sound Level Express VI, чтобы экспортировать A-, B-, C-взвешенный C-взвешенный сигнал.  сигнал.  Обратитесь к Главе 3, Экспресс Экспресс--измерения измерения,,  и к Справке Справке    LabVIEW , для получения большей информации о каждом виртуальном приборе  приборе   для измерения уровня звука.  звука.  При использовании  использовании  с любым DSADSA-устройством устройством   производства  National Instruments,, соответствующим микрофоном  Instruments микрофоном  и обработкой сигнала, сигнала, приборы палитры Sound Level совместимы со стандартом IS0/IEC стандартом IS0/IEC 61672-1:2002. Рисунок 9-1 9-1 показывает соотношение измерений уровня звука  звука   с общим процессом акустических и вибрационных измерений. измерений.

63

 

Измерения уровня звука  звука 

Рисунок 9-1 9-1. Место измерений уровня звука в общей картине акустических и вибрационных измерений  измерений 

Методы усреднения  усреднения  Виртуальные приборы палитры Sound Level предлагают следующие методы усреднения по времени:  времени: 

     







Линейное, соответствующее эквивалентному уровню звука (L ( Leq). Экспоненциальное.. Экспоненциальное Пиковое.. Пиковое

Линейное усреднение Вы можете вычислить Leq  интегрированием интегрированием   квадрата сигнала на фиксированном интервале времени и делением на интервал времени. Когда вы выбираете линейное усреднение, приборы палитры  палитры   Sound Level возвращают   одиночное возвращают одиночное   значение. Возвращенное значение отображает  отображает  непрерывный   уровень в децибелах, который произведен постоянной непрерывный мощностью звука за тот  тот  же интервал времени Т, что и история текущего шума.   Для получения промежуточных результатов  шума. результатов   вы должны разделить  разделить 

64

 

Измерения уровня звука  звука 

длительную  запись на несколько меньших  длительную  меньших  записей. Линейное усреднение представляется  следующим уравнением:  представляется уравнением: 

где P  где  P 0 - начальное значение акустического давления  давления в 20 мкПа.  мкПа.  Однократное линейное усреднение  усреднение 

Рисунок 9-2 9-2 показывает показывает   пример линейного усреднения при однократном сборе данных. данных.

данных  Рисунок 9-2. Рисунок  9-2. ВП определения Leq при однократном сборе данных  Однократный сбор данных сконфигурирован со следующими след ующими параметрами параметрами::

   

 

 Частота дискретизации 51200 отсчетов отсчетов в секунду. секунду. Размер буфера 51200 отсчетов, соответствующий одной секунде данных на указанной частоте дискретизации.  дискретизации.  

Рисунок 99-3 отображает результат  результат  измерения Leq  и мгновенное значение  значение  уровня звукового давления.  давления. 

65

 

Измерения уровня звука  звука 

Рисунок 9-3. Рисунок  9-3. График Leq и мгновенного значения уровня звукового давления во времени  времени   Измерения Leq на длительном временном периоде  периоде 

Вам может понадобиться определить  определить  Leq  на длительном временном отрезке. отрезке . Например, вам нужно измерять Leq  больше одного часа во всѐм диапазоне звуковых частот  частот  от 20 Гц до 20 кГц. кГц .  Чтобы измерить Leq  в этом случае, случае, выберите частоту дискретизации,  дискретизации,  которая позволит вам выполнить измерения на частоте 20  20  кГц. Согласно теореме отсчетов Шеннона, Шеннона , минимальная частота  частота  дискретизации будет составлять  составлять   40000 отсчетов в секунду   как секунду как   удвоенная максимальная интересующая частота 20  20  кГц кГц.. В зависимости от используемого аппаратного обеспечения, вы можете иметь дополнительные   условия, такие как антиалиазинговые  дополнительные антиалиазинговые   фильтры, фильтры,   при выборе частоты   дискретизации. Обычно при работе с устройствами с алиазинговой частоты защитой,, используется частота дискретизации 51200 отсчѐтов в секунду для защитой обеспечения измерений с частотами до 20 кГц. кГц. За один час сбора данных с частотой выборки 512000 51 2000 отсчетов/секунду вам нужно получить более 184 миллионов отсчетов, как можно вычислить по следующему выражению: выражению:

Объѐм памяти,  памяти,  необходимый необходимый   для хранения такого большого числа отсчетов, отсчетов, может помешать сбору количества отсчетов, отсчетов, необходимого для вашего анализа. Альтернативный метод  метод  - это обработка малых порций данных, отслеживание промежуточных результатов и интегрирование измерений по времени. Вы этот можете использовать  пакет использовать  пакет Sound  Sound and Vibration Toolkit , чтобы выполнить альтернативный метод измерения Leq. Toolkit, Рисунок 9-4 9-4 показывает блокблок-диаграмму диаграмму   для виртуального прибора, вычисляющего  вычисляющего  Leq  на часовом периоде.  периоде. 

66

 

звука  Измерения уровня звука 

Рисунок 9-4. Рисунок  9-4. Прибор, вычисляющий Leq на часовом периоде  периоде 

Виртуальный прибор на рисунке 9-4 9 -4 выполняет измерение Leq  за за   одну секунду и повторяет эту операцию 3600 раз, используя цикл For   For   Loop. Последний   результат возвращается прибором  Последний прибором  SVT Leq Sound Level VI как значение L значение  Leq за одночасовой период.  период.  Для того, чтобы прибор SVL прибор SVL Leq Sound Level VI накапливал промежуточные  результаты, установите  установите  входной параметр  параметр  restart averaging  в  значение FALSE или оставьте  оставьте  вход незадействованным. Вы можете сделать промежуточные результаты доступными, используя возможность автоматической индексации  индексации  в цикле For Loop. Обратитесь к Справке  LabVIEW за получением информации об автоматической индексации.  индексации.   Вместо   выполнения Вместо выполнения   измерения измерения   Leq  за одну секунду  секунду  и повторения операции 3600 раз, вы можете выполнить  выполнить измерения за 2 секунды и повторить их 1800  раз или выполнить измерения за 4 секунды  секунды и повторить их 900  900 раз  раз и т.д.  т.д.  Перезапуск  усреднения и передовые концепции  Перезапуск концепции 

Некоторые приложения требуют,  требуют,  чтобы вы выполняли измерение Leq  непрерывно, используя заданное время интегрирования. Например, вам может понадобиться  понадобиться  измерить время эха, при этом нужно, чтобы требуемое приложение возвращало значение Leq каждые 50 мс, в течение  течение  10 секунд. Вы можете использовать  использовать  цикл цикл   For Loop и его возможность автоматической индексации   для выполнения  индексации выполнения  непрерывных измерений, измерений, как показано  показано  на  рисунке 9-5. 9-5.

Блок--диаграмма прибора реверберации  реверберации  Рисунок 9-5. Рисунок  9-5. Блок Так как вы делите время  время  измерения в  в  10 секунд на  на  блоки по 50 мс, вам нужно выполнить 200 итераций  итераций  (10с/50мс 10с/50мс)) цикла For Loop. Для непрерывного измерения  измерения  Leq, установите входной параметр restart значение  TRUE. TRUE. Когда  Когда  входной параметр  параметр  restart averaging averaging  в значение  установлен в значение TRUE, прибор SVL Leq Sound Level VI не может сохранять промежуточные результаты, но перезапускает  перезапускает   процесс

67

 

звука  Измерения уровня звука 

усреднения  с каждой итерацией цикла For Loop. Рисунок 9усреднения  9-6 показывает  результаты выполнения измерения времени времени отклика  отклика за 10 сек.  сек. 

Рисунок 9-6. Рисунок  9-6. 1010-секундное секундное измерение времени отклика  отклика  Выполнение измерения скользящего Leq 

Используйте прибор  прибор  SVL Running Leq Sound Level VI для выполнения скользящего   Leq  за нужный период времени, который является временем скользящего интегрирования. Результат, возвращенный прибором  прибором  SVL Running Leq Sound Level VI, VI, является  является  Leq, вычисленным вычисленным   за за   последние последние   N секунд. Новое значение скользящего Leq  возвращается каждый раз, когда вы вызываете  вызываете   прибор SVL прибор  SVL Running Leq Sound Level VI.

Экспоненциальное усреднение  усреднение  Экспоненциальное усреднение - это процесс непрерывного усреднения, попо разному оценивающий текущие и предыдущие данные. Величина веса, веса, присвоенного предыдущим данным, данным, и сравниваемого с текущими данными, экспоненциально зависит от  от   константы времени. В экспоненциальном усреднении  процесс усреднения продолжается  усреднении продолжается бесконечно бесконечно.. Метод экспоненциального усреднения поддерживает следующие временные константы:: константы

 



 



 



 



Slow использует константу времени в 1000 мс. Медленное усреднение полезно для отслеживания  отслеживания  уровня звукового давления сигналов, сигналов , уровни звукового  звукового давления которых  которых медленно меняются.  меняются.  Fast использует использует   константу константу   времени в 125  125  мс. Быстрое усреднение используется для отслеживания звукового давления сигналов с  с  быстроменяющимся  уровнем звукового давления.  быстроменяющимся давления.  Impulse  использует временную константу в 35 мс для восходящего фронта сигнала и 1500 1500 мс для нисходящего фронта. Импульсное усреднение полезно при  при  регистрации  регистрации   внезапных всплесков в уровне звукового давления и записи всплесков таким образом, чтобы вы

могли иметь записанные изменения.  изменения.  Custom позволяет вам точно задавать временную подходящую  для вашего специального приложения.  подходящую приложения. 

константу,

68

 

звука  Измерения уровня звука 

Используйте следующие виртуальные приборы для измерения уровня звука с экспоненциальным экспоненциальным  усреднением усреднением::

   

 

SVL Exp Avg Sound Level VI SVL Decimated Exp Avg Sound Level VI

Обратитесь  к  Справке Обратитесь  Справке LabVIEW  LabVIEW за за   информацией информацией   о  приборах приборах   SVL Exp Avg SoundLevel VI и SVL Decimated Exp Avg Sound Level VI. V I. Рисунок 99-7 иллюстрирует блокблок-диаграмму виртуального прибора, прибора, проводящего  проводящего  измерения   измерения с экспоненциальным усреднением с использованием ВП SVL ВП SVL Exp Avg Sound Level VI и  медленной константой времени. Используйте  Используйте  входной параметр  параметр  restart averaging для перезапуска усреднения.. усреднения

Рисунок 9-7. Рисунок  9-7. Прибор экспоненциального усреднения с медленной константой времени 

Хранение пиков  пиков  В пиковом  пиковом  усреднении самые большие измеренные значения уровня звукового давления из всех предыдущих значений вычисляются и возвращаются до тех пор, пор, пока новое значение не превысит текущий максимум. Новое значение  значение  становится новым максимальным значением и это значение возвращается до тех пор,  пор,  пока новое значение не превысит его. Пиковое усреднение  усреднение  на самом деле является неправильной формой  формой  усреднения,, потому что последующие измерения усреднены не усреднения математически. Однако, Однако, так же как и с другими процессами усреднения, усреднения , пиковое   усреднение комбинирует результаты нескольких измерений в одно пиковое конечное значение. Как и с экспоненциальным усреднением, процесс усреднения продолжается бесконечно. Формула для пикового усреднения определяется следующим уравнением:  уравнением:  

где   где  x[  x[k ] –  новое измеренное значение  значение   y[  y[k ] –  новое среднее значение  значение   y[  y[k -1] –  -1] –  предыдущее среднее значение  значение 

69

 

звука  Измерения уровня звука 

Дополнения  к измерениям Дополнения измерениям  уровня звука  звука  Выбор частоты дискретизации определяется наивысшей интересующей частотой в сигнале и в зависимости от планируемого использования взвешивающих фильтров.  фильтров.  Вы можете использовать A-, B- и Cвзвешиваюшие фильтры вместе с измерениями уровня звука. Дополнительную информацию о взвешивающих фильтрах можно найти в Главе 6,  6,  Взвешивающие Взвешивающие фильтр фильтры ы.  Вы можете выполнять несколько разных измерений уровня звука над данными одного канала для сравнения результатов друг с другом. другом.  

70

 

 

10 Дробно--октавный анализ  Дробно анализ  В этой главе обсуждается дробнодробно -октавный анализ, включающий теорию дробно--октавного дробно анализа, методы усреднения, поддерживаемые виртуальными   приборами октавного анализа, время установления сигнала и  виртуальными и  стандарты ANSI и IEC. Используйте  экспресс Используйте  экспресс--ВП ВП Octave  Octave Express VI для создания  создания  и интерактивного  интерактивного  конфигурирования 1/1, 1/3, 1/6, 1/12 и 1/24  1/24 дробно дробно--октавного октавного  анализа анализа.. Обратитесь к Главе 3,  3,  Экспресс Экспресс--измерения измерения,,  и к Справке Справке   LabVIEW   для получения большей информации о  о приборе приборе Octave  Octave Express VI. Используйте приборы палитры Octave Analysis для выполнения  выполнения  следующих следующих   видов анализа: анализа:

     



 

Полнооктавный  Полнооктавный  Третьоктавный   Третьоктавный Дробнооктавный, включающий 1/1, 1/3, 1/1, 1/3, 1/6, 1/12 и 1/24 октавы  октавы 

Приборы октавного анализа могут обеспечить любую частоту дискретизации и любое количество дробнодробно-октавных диапазонов.  диапазонов.  Эти виртуальные приборы предполагают соответствие с обоими стандартами ANSI S1.11-2004, class 1 и IEC 1260:1995, class 1. Обратитесь к Справке Справке   LabVIEW   для получения большей информации о  о  виртуальных приборах октавного анализа. анализа . Рисунок 1010-1 иллюстрирует связь дробнодробно-октавного анализа и процесса акустических и вибрационных измерений. измерений .

71

 

Дробно Дробно--октавный анализ  анализ 

дробно-октавного анализа и процесса акустических и Рисунок 10 10-1 -1. Связь дробновибрационных измерений  измерений 

Общее представление о дробнодробно -октавном анализе  анализе  Дробно-октавный анализ - широко используемая технология анализа Дробнозвуковых   и акустических сигналов. Дробнозвуковых Дробно-октавный анализ, особенно 1/31/3и 1/121/12-октавный октавный,, показывает характеристики, характеристики, аналогичные человеческому  человеческому  уху. Многие промышленные стандарты, такие как ANSI и  и  IEC, требуют дробно--октавного анализа. дробно анализа. Следующие шаги описывают дробнодробно-октавные измерения. измерения. 1.  2.  3.  4. 

Пропускание сигнала во временной области через цепочку из  N полосовых фильтров. фильтров. Вычисление промежуточных квадратов значений для выходов  N фильтров.. фильтров Усреднение промежуточных квадратов значений  значений  соответствующим методом  методом усреднения. усреднения.   Отображение усредненных значений на гистограмме. гистограмме.

72

 

Дробно Дробно--октавный анализ  анализ 

Количество фильтров, применяемых в зависимости от их полосы пропускания,, определяется типом дробнопропускания дробно-октавных измерений, которые вы выполняете, от  от  1/1 до вплоть  вплоть  1/24-октавных 1/24-октавных.. Используемые фильтры известны как  как  QQ-фильтры фильтры.. Обратитесь к секции  Граничные частоты  частоты  этой главы  для получения  главы получения большей большей  информации о Q-фильтрах Q-фильтрах..

Полнооктавный анализ в диапазоне 31.5 Hz– 16 16 kHz Следующий пример иллюстрирует полнооктавный анализ. В этом примере, входной сигнал с микрофона  микрофона  пропускается через цепочку  цепочку  из 10 полосовых фильтров, центрированных на частотах,  фильтров, частотах, указанных на рисунке 10-2. 10 -2.

Рисунок 10-2. Рисунок  10-2. Центральные частоты полнооктавного анализа  

Мощность в каждой полосе вычислена и отображена на гистограмме в логарифмическом масштабе  масштабе  для оси абсцисс. На рисунке 1010 -3 изображена эта гистограмма.  гистограмма. 

спектр  Рисунок 10-3 Рисунок  10-3. Полнооктавный спектр 

Пропускная способность и цепочка фильтров  фильтров  Дробно-октавный анализ первоначально определяется на фильтрах. Эта Дробноглава кратко  кратко  описывает структуру фильтра по отношению к дробнодробно октавному анализу. анализу.

73

 

Дробно Дробно--октавный анализ  анализ 

Октавный фильтр  фильтр  Октава определяется как интервал между двумя частотами, одна из которых удвоена от другой. Например, Например, частоты от 250 Гц до 500 Гц  Гц   являются одной октавой, как и частоты от 1  1  кГц и 2  2  кГц. Рисунок 1010-4 показывает октавный фильтр, чья полоса пропускания покрывает  покрывает одну октаву.  октаву. 

фильтр  Рисунок 10 10-4 -4. Октавный фильтр  Только эталонный генератор стабильной частоты обеспечивает 440  440  Гц опорной частоты для музыкантов, опорная частота необходима для определения октавного фильтра. Инструментальное оборудование обычно пользуется опорной частотой в 1 кГц.  кГц. 

Граничные частоты  частоты  Постоянная качества Q определяется определяется   как отношение полосы пропускания к центральной   частоте центральной частоте   фильтра. Q остаѐтся постоянной во всѐм октавном диапазоне   для октавных фильтров. Например, диапазоне Например, октавный фильтр с центральной частотой 1000  1000 Гц Гц  имеет следующие граничные частоты: частоты :

где   где  f 1 и f   f 2  –  –  граничные частоты  частоты   BW  –   –  полоса пропускания  пропускания  Q –  постоянная качества  качества 

74

 

Дробно Дробно--октавный анализ  анализ 

Октавный фильтр с центральной частотой 8000  8000   Гц приводит к следующим граничным частотам: частотам:

где   где  f 1 и f   f 2  –  –  граничные частоты  частоты   BW  –   –  полоса пропускания  пропускания  Q –  постоянная качества  качества  Результаты вычисления граничных частот  частот  указывают на следующие характеристики полосы пропускания:  пропускания: 

 



 



Полоса пропускания октавного фильтра узкая  узкая  при низкой центральной частоте.. частоте Полоса пропускания октавного фильтра широкая при высокой центральной частоте.  частоте. 

Из-за характеристик  Изхарактеристик  полосы пропускания, дробнодробно-октавный анализ использует логарифмический масштаб частот для вычисления и отображения октавного спектра. спектра.

Дробно--октавные фильтры  Дробно фильтры  Разрешение октавного фильтра ограничено, так как имеется  имеется   только 11октав в диапазоне от 16  16 Гц до 16  16 кГц. Для преодоления ограниченного разрешения  разрешения  октавных фильтров, вы можете воспользоваться другими фильтрами, фильтрами , известными как дробнодробно-октавные фильтры. Предпочтительнее использовать  N фильтров применяемых на октаву надлежащим образом, чтобы улучшить  разрешение, чем один фильтр, покрывающий одну октаву. Из всех дробнодробнооктавных фильтров наиболее широко используется для дробнодробно-октавного анализа 1/31/3-октавный октавный фильтр. Рисунок 1010-5 показывает 1/31/3-октавный отклик на частотах 500 частотах 500 Гц, Гц, 630  630 Гц Гц  и 800 Гц. Гц.  

75

 

Дробно Дробно--октавный анализ  анализ 

1/3-октавных фильтров  фильтров  Рисунок 10-5. Рисунок  10-5. Отклики 1/3Дробно--октавный анализ требует больших ресурсов  Дробно ресурсов   центрального процессора. Увеличение числа фильтров, фильтров, применяемых к сигналу, сигналу, увеличивает нагрузку на центральный процессор и  и   может увеличить время вычисления результата. результата.

Время установления фильтра  фильтра  Когда начинается и сбрасывается операция фильтрации дробнодробно-октавных фильтров, необходимо  необходимо  определѐнное определѐнное   время перед тем, тем, как измерения  измерения  будут будут   действительны. Это время называется временем установления и имеет отношение   к полосе пропускания любого отдельного  отношение отдельного   фильтра. Нижний  Нижний  частотный диапазон  диапазон  имеет наименьшую полосу  полосу  пропускания и  и  в первую очередь определяет требуемое время установления для корректного дробнодробно октавного измерения. В пакете Sound and Vibration Toolkit время установления определяется как пять, делѐнное на полосу пропускания фильтра, использующегося на низких диапазонах частот. Выходной параметр filter settled возвращает значение TRUE сразу после того, того , как фильтры пришли в установившееся состояние. состояние .

Усреднение   Усреднение Приборы октавного анализа поддерживают следующие типы  типы  усреднений: усреднений:  

       



  

Линейное усреднение  усреднение  Экспоненциальное усреднение  усреднение  Усреднение эквивалентной  эквивалентной вероятности вероятности   Пиковое усреднение  усреднение 

76

 

Дробно Дробно--октавный анализ  анализ 

Линейное  усреднение Линейное Линейное усреднение вычисляется интегрированием квадрата отфильтрованного сигнала на фиксированном интервале времени и делением на интервал времени. Обратитесь к Главе 9,  9,   Измерения уровня  звука,, для   звука  для получений большей информации о линейном усреднении. усреднении.

Экспоненциальное усреднение  усреднение  Экспоненциальное усреднение - это процесс непрерывного усреднения, попо разному оценивающий текущие и предыдущие данные. данные. Величина веса, веса, присвоенного предыдущим данным, данным, и сравниваемого с текущими данными, экспоненциально зависит от  от константы времени. времени. Рисунок 1010-6 иллюстрирует блокблок -диаграмму диаграмму   для виртуального прибора, выполняющего 1/31/3-октавный анализ в диапазоне частот 20 ГцГц -20 кГц с использованием быстрого экспоненциального усреднения.  усреднения.  

Рисунок 10-6. Рисунок  10-6. ВП 1/31/3-октавного анализа с быстрым экспоненциальным усреднением   усреднением Замечание  Чтобы надлежащим образом использовать  использовать  экспоненциальное усреднение, усреднение,

вы должны соединить входной параметр exp avg settings с управляющим элементом или константой. Обратитесь к Справке  LabVIEW   для получения большей информации об использовании входного параметра  параметра exp avg settings.  Обратитесь к Главе 9,  9,   Измерения уровня звука звука,,  для получений большей информации об  об экспоненциальном усреднении.  усреднении. 

Усреднение  эквивалентной Усреднение эквивалентной  вероятности вероятности   Усреднение эквивалентной вероятности - это экспоненциальное усреднение со со   специальной константой времени для каждого диапазона  диапазона   частот. Каждая временная константа  константа  устанавливается так, чтобы среднеквадратическое отклонение диапазона мощности измерений соответствовало значению  значению  вероятности в децибелах, определѐнному входным параметром  параметром  equal confidence level [dB].

77

 

Дробно Дробно--октавный анализ  анализ 

Пиковое усреднение В пиковом  пиковом  усреднении самые большие измеренные значения уровня звукового давления из всех предыдущих значений вычисляются и возвращаются до тех пор, пор, пока новое значение не превысит текущий максимум. Новое значение становится новым максимальным значением и это значение возвращается до тех пор, пока новое значение не превысит его. Обратитесь к Главе 9,  9,    Измерения уровня звука звука,,  для получения  получения  большей информации о пиковом  пиковом усреднении. усреднении.  

Сброс  фильтра и перезапуск  Сброс перезапуск процесса усреднения Приборы  октавного анализа сбрасывают фильтр при первом выполнении Приборы  виртуального прибора. Вы можете использовать  использовать   входной параметр  параметр  reset сброса  фильтра. После перезагрузки фильтра filter  для программного сброса  происходит переходной процесс до тех пор, пор, пока фильтр не установится.  установится.  Вы можете использовать  использовать  входной параметр  параметр  restart averaging, чтобы перезапустить   процесс усреднения  перезапустить усреднения  без сброса фильтра. фильтра. Перезапуск усреднения без сброса  сброса  фильтра устраняет переходный процесс,  процесс,   вызванный вызванный   установлением  фильтра. установлением фильтра.   Обратитесь к секции  секции   Время установления фильтра  фильтра  данной главы  главы  за информацией о времени установления фильтра.  фильтра.  

Выполнение третьоктавного анализа за пределом диапазона  диапазона  звуковых частот  частот  У вас может возникнуть необходимость выполнить 1/3 -октавный анализ на сигналах   за пределами диапазона 20 Гц сигналах Гц   - 20 кГц. Например, Например, вам нужно оценить воздействие на все тело человека вибрации с потенциальными сигналами в  в диапазоне 0.5 Гц Гц - 80Гц. Для выполнения 1/31/3-октавного анализа за пределами диапазона  диапазона  20 Гц Гц   –  –   20 кГц используйте  используйте  прибор прибор SVT  SVT Fractionaloctave Analysis VI и  выберите полосу пропускания, соответствующую 1/3 1/ 3 октавы, как показано на рисунке 10-7. 10-7.

Рисунок 10-7. Рисунок  10-7. Проведение 1/31/3-октавного анализа за пределами стандартных диапазонов   диапазонов

Виртуальные  приборы Виртуальные  приборы   дробно дробно--октавного анализа допускают численные значения для  для  пределов нижней и верхней частот  частот  и дают возможность измерений сигналов за пределами диапазона 20 диапазона  20 Гц Гц  –   –  20  20 кГц кГц..

78

 

Дробно Дробно--октавный анализ  анализ 

Cтандарты тандарты IEC  IEC и ANSI В этой секции главы  главы  обсуждаются стандарты  стандарты  IEC и ANSI по отношению к  к  средней   частоте средней частоте   полосы, к номинальным  номинальным  частотам частотам,, возвращаемых возвращаемых   виртуальными приборами  приборами  октавного анализа  анализа  и совместимость приборов октавного анализа со  со стандартами ANSI И IEC. Замечание  Виртуальные приборы октавного анализа используют двоичную систему счисления для среднеполосовых частот вместо десятичной. Использование двоичной системы означает, что отношение двух среднеполосовых частот - это дробная степень 2, вместо дробной степени 10. 

Центральные  частоты Центральные частоты   Согласно стандартам IEC 1260:1995 и  ANSI S1.11:2004, среднеполосовая частота, или центральная частота полосового фильтра, определяется следующими выражениями. выражениями.

для нечѐтных и чѐтных значений N значений N соответственно, соответственно,  где где    f i  –  –  центральная частота  частота i-го полосового фильтра, выраженная в герцах  герцах   i  –   целое число, число, при i  = 0,  f 0  = 1 кГц, что является опорной частотой для аудио--диапазона аудио диапазона   b  –  –   параметр полосы пропускания и равен 1 для октавы, 1/3 для 1/3 октавы, 1/6 для 1/6 октавы, 1/12 для 1/12 октавы, и 1/24 для 1/24 октавы.  октавы. 

Номинальные частоты Точные центральные  центральные  частоты используются для проектирования фильтров для дробнодробно-октавного октавного   анализа. Однако  Однако  все приборы октавного анализа  анализа  возвращают номинальные центральные  центральные  частоты, также называемые  называемые  предпочтительными   частотами. В случае октавного и 1/3предпочтительными 1/3 -октавного анализа, номинальные частоты вычисляются в соответствии со стандартами ANSI и IEC. В случаях 1/6,  1/6,  1/12, 1/24 октавного анализа, номинальные частоты вычисляются в соответствии с  Приложением A (информационным )   )  к стандартам IEC 1260:1995 и ANSI S1.11:2004. S1.11:2004.

Соответствие  стандартам Соответствие стандартам ANSI  ANSI и IEC При использовании  использовании  с любым DSADSA-устройством устройством производства  National Instruments,, соответствующим микрофоном  Instruments микрофоном  и при соответствующем согласовании сигналов, фильтры, фильтры, созданные виртуальными приборами октавного анализа,  анализа, совместимы со  со следующими следующими  стандартами стандартами::

 



ANSI S1.11-2004: S1.11-2004: Спецификация для октавных и дробнодробно -октавных

аналоговых и цифровых фильтров, класса 1  1  79

 

Дробно Дробно--октавный анализ  анализ 

 



IEC 1260 (1995 - 07): Электроакустика Электроакустика   для октавных диапазонов и дробно--октавных диапазонов фильтров, класса 1 дробно класса  1

Для октавных фильтров  выбирайте фильтров  соответствующую частоту дискретизации   по меньшей мере в 3 раза больше  дискретизации больше   центральной частоты наибольшего частотного диапазона. Для дробнодробно -октавных фильтров выбирайте частоту дискретизации  дискретизации  по меньшей мере в 2,5 раза больше  больше   центральной частоты наибольшего частотного диапазона.  диапазона. 

Отображение результатов  результатов  Виртуальные приборы октавного анализа возвращают кластер, включающий  включающий   в себя центральные частоты и мощность  мощность  диапазона диапазона..  Палитра управляющих элементов  Sound & Vibration включает 2 графических индикатора,  индикатора,   разработанных для отображения результатов октавного анализа: анализа : Octave Graph и  Multiplot Octave Graph. Обратитесь  Обратитесь   к Справке  LabVIEW   за информацией об индикаторах Octave Graph и Multiplot Octave Graph. Вы можете подать  подать  кластер кластер,, содержащий содержащий   центральные частоты и мощность  мощность  диапазона,  непосредственно на XYдиапазона, XY-график. график. Однако вы должны надлежащим образом модифицировать индикатор, чтобы отобразить результаты  результаты  октавного анализа. анализа.  Чтобы модифицировать XYXY-график график для отображения результатов октавного анализа, выполните следующие шаги:  шаги:   1.  2.  3.  4.  5.  6.  7.  8. 

Правым щелчком мыши щѐлкните на XYXY-графике. графике.   Выберите пункт X Scale» Scale»Mapping Mapping» »Logarithmic  из контекстного меню.. меню Правым  щелчком мыши щѐлкните на Plot Legend. Правым Выберите   пункт Выберите пункт   Bar Plots  и стиль гистограммы из контекстного  контекстного  меню.   меню. Правым  щелчком мыши щѐлкните на Plot Legend. Правым Выберите  пункт Выберите пункт  Fill Base Line» Line»-Infinity из контекстного меню. меню. Правым  щелчком мыши щѐлкните на Plot Legend. Правым Выберите   пункт Выберите пункт   Interpolation  и стиль без линий, линий , соединяющих точки.   точки.

Расширенные октавные измерения  измерения  Вы можете использовать виртуальные приборы палитры  Octave Extended Measurements,, чтобы выполнить следующие измерения:  Measurements измерения: 

         



 

 

Тестирование пределов  пределов  Взвешивание октавы  октавы  Энергия  октавы Энергия октавы   Поддиапазон октавы  октавы  Построение таблицы результатов  результатов 

Обратитесь к Главе  Главе  5,  Анализ тестирования пределов ,   ,  за информацией о тестировании пределов. пределов. Обратитесь к Главе 6,  6,  Взвешивающие фильтры фильтры,,  за информацией об октавном взвешивании.  взвешивании. 

80

 

Дробно Дробно--октавный анализ  анализ 

Взвешивающие фильтры  фильтры  Используйте прибор SVT Weighting Filter (octave) VI, чтобы применить A-, B- и CC-взвешивающие взвешивающие фильтры к предварительно вычисленному октавному спектру или обычному спектру. Обратитесь к Справке  LabVIEW   за получением информации о  о  приборе приборе   SVT Weighting Filter (octave) VI. Взвешивающие фильтры ,   ,  за информацией о фильтрах Обратитесь к Главе 6, 6,  Взвешивающие взвешивания.   взвешивания.

Значение мощности диапазона октавы  октавы  Когда у вас есть определенный диапазон частот в октавном  октавном   спектре, и вы хотите измерить энергию  энергию  этого частотного диапазона, вы можете использовать   прибор использовать прибор   SVT Get Octave Value VI. Прибор SVT Get Octave Value VI возвращает значение энергии  энергии   диапазона октавного спектра для определѐнных на входе частотных диапазонов. Если входная частота не точно совпадает с номинальной частотой, виртуальный прибор находит октавную полосу, полосу, которая включает входную частоту. Пользуясь результатами этого вычисления, вычисления, вы можете использовать значение энергии  энергии  полосы полосы   частот, частот,   чтобы проверить или выполнить тестирование пределов энергии  энергии этого частотного диапазона.  диапазона. 

Поддиапазон  октавы Поддиапазон октавы   Если вас интересует определѐнный диапазон частот  частот  и вы хотите проанализировать поддиапазон октавного спектра, вы можете использовать  использовать   виртуальный прибор  прибор  SVT Get Octave Subset VI. Прибор SVT Get Octave Subset VI извлекает часть полосы  полосы  октавного спектра, определенного частотным диапазоном и ограничивает  последующие ограничивает  последующие   операции спектрального анализа  анализа  интересующим интересующим   диапазоном частот. частот. Также этот виртуальный прибор вычисляет общую энергию  энергию диапазона диапазона  из возвращаемых  возвращаемых  частотных диапазонов.  диапазонов.  Вы можете использовать эту информацию, информацию , чтобы сравнить, сравнить, как общая мощность диапазона изменяется на различных частотных диапазонах , и увидеть эффект частотного диапазона на всем сигнале.  сигнале.   Вы также можете применить различные факторы взвешивания к различным частотным диапазонам. Прибор SVT Get Octave Subset VI широко используется в приложениях, где вам нужно объединить  объединить   дробно дробно--октавные диапазоны, диапазоны, например,, в измерениях громкости. например Следующий пример показывает приложение, где вы делите полный октавный спектр на 3 разных частотных диапазона и определяете общую энергию   диапазона для каждого частотного диапазона. Рисунок 10-8 энергию 10 -8 показывает полный октавный спектр и 3 различных частотных диапазона. диапазона.  

81

 

Дробно Дробно--октавный анализ  анализ 

спектр  Рисунок 10-8. Рисунок  10-8. Полнооктавный спектр  Используя прибор SVT Get Octave Subset VI, VI , вы можете делить спектр на 3 части:: низкие, средние и высокие частоты. Код блокчасти блок -диаграммы диаграммы   на рисунке 10-9 109 определяет низкий диапазон как 20 Гц Гц   –  –  200   200 Гц, средний диапазон как 200 Гц Гц   –  –  2000  2000 Гц, и высокий диапазон как 2000 Гц Гц  –   –  20000  20000 Гц. Гц.  

Рисунок 10-9. Рисунок  10-9. Вычисление энергий частотных полос с применением взвешенных октавных поддиапазонов   поддиапазонов

Индикатор total band powers  возвращает значение энергии  энергии  диапазона для каждого из частотных диапазонов.  диапазонов. Значение энергии  энергии для диапазонов  диапазонов низкой низкой,, средней   и высокой  средней высокой  частот составляет 50.6 50.6 дБ, дБ,   88.3 дБ и 49.1 49.1 дБ соответственно. Если вы  вы  сложите значения  значения  энергии для каждого диапазона вместе, результатом будет общее значение энергии  энергии   диапазона 88. 88.3 дБ для полного октавного спектра.  спектра. 

82

 

 

11 Частотный Часто тный ана анализ лиз   В этой главе обсуждаются  обсуждаются   методы методы,, используемые виртуальными  виртуальными  приборами приборами   палитры для наложения  наложения  окон, усреднения, и выполнения измерений  измерений   в частотной области. области. Используйте экспрессэкспресс-ВП ВП   на палитре Frequency Analysis  для создания и интерактивного конфигурирования следующих измерений:  измерений:  

         

    

Power spectrum Zoom power spectrum Frequency response Peak search Power in band

Обратитесь к Справке Справке LabVIEW   LabVIEW   за информацией о каждом приборе палитры  палитры  Frequency Analysis. Виртуальные приборы палитры  палитры  Frequency Analysis предлагают различные частотные измерения, измерения, основанные на дискретном преобразовании Фурье  Фурье   (DFT).. Обратитесь к Справке (DFT) Справке LabVIEW  LabVIEW за получением информации о DFT и быстром преобразовании Фуре (FFT). Фуре (FFT). Замечание  Для простоты, простоты, в остальной части  части  данного документа используется  используется  сокращение FFT сокращение  FFT для обозначения обоих видов преобразования - FFT и DFT. 

Рисунок 1111-1 иллюстрирует отношения частотного анализа и процесса акустических и вибрационных измерений.  измерений. 

83

 

 Частотный анализ анализ  

и  общего процесса Рисунок 11 11-1 -1. Соотношение частотного анализа и  акустических и вибрационных измерений  измерений 

Фундаментальные понятия FFT Преобразование FFT  раскладывает сигнал  сигнал  на его синусоидальные компоненты.   Преобразование FFT берет компоненты. берет   блок данных  данных  во временной области и возвращает частотный спектр этих данных.  данных.   Преобразование FFT - это цифровая реализация преобразования Фурье. Поэтому, Поэтому, FFT не дает непрерывного спектра. Вместо этого, FFT возвращает дискретный спектр, в котором  содержание сигнала  котором сигнала  разложено разложено на конечное число частотных линий или полос. полос.

Число отсчетов  отсчетов  Вычисленный полностью определяется   временем временем  дискретизации  входного   для входного для   спектр FFT сигнала. Еслиопределяется  произвольный произвольный    сигнал  дискретизации оцифрован  с  оцифрован  эквивалентной частотой  частотой   f  s  за время  время  сбора сбора   T , то получено  получено   N   отсчетов. Вычислите Т  с помощью следующего  следующего уравнения уравнения::

84

 

 Частотный анализ анализ  

Где Т   –  –  время сбора данных  данных  –  количество собранных отсчѐтов  отсчѐтов   N   –   f s  –  –  частота дискретизации  дискретизации  Вычислите N  Вычислите  N  по следующей формуле:  формуле: 

Где   Где  N   –  –  количество собранных отсчѐтов  отсчѐтов  Т   –  –  время сбора данных  данных   f s  –  –  частота дискретизации  дискретизации 

Частотное разрешение Из-за свойств FFTИзFFT-преобразования, преобразования,   спектр спектр,, вычисленный из  из  оцифрованного оцифрованного   сигнала,, имеет частотное разрешение df. Вычислите частотное разрешение сигнала по следующей формуле:  формуле: 

Где   Где df   –  –  частотное разрешение  разрешение  T   –  –  время сбора данных  данных   f s  –  –  частота дискретизации  дискретизации   N   –  –  количество отсчѐтов  отсчѐтов  Замечание   Частотное разрешение  разрешение  определяется исключительно  исключительно  временем сбора данных. Частотное  Частотное разрешение   разрешение улучшается с увеличением времени сбора данных. данных.  Максимальная  разрешимая частота  Максимальная частота 

 Частота дискретизации сигнала во времени  времени  определяется максимальной  максимальной   разрешимой Согласно теореме отсчѐтов максимальная.  максимальная   разрешимая частотой. частота должна быть вдвое отсчѐтов  меньше   Шеннона, частоты дискретизации. дискретизации  Чтобы вычислить максимальную  максимальную   разрешимую частоту, используйте следующую формулу:  формулу:  

85

 

 Частотный анализ анализ  

Где   Где  f max  –  максимальная максимальная  разрешимая  разрешимая частота  частота  max –  –  частота Найквиста  Найквиста   f  Nyquist  –   f s  –  –  частота дискретизации  дискретизации  Минимальная  разрешимая частота  Минимальная частота 

Минимальная разрешимая частота  частота  –   это ноль  ноль  (постоянная составляющая). составляющая). Термин «Анализ основной полосы частот» часто используется для описания анализа в области частот от 0 до f  до  f  Nyquist. Количество спектральных линий  линий 

Количество линий в спектре в два раза меньше количества  количества   отсчѐтов,  N , в сигнале.. сигнале Непосредственно указывайте количество линий в спектре для виртуальных приборов   Zoom FFT из состава  приборов состава  Sound and Vibration Toolkit. Определяйте количество   отсчѐтов данных для контроля  количество контроля  числа числа   спектральных линий для виртуальных приборов палитр Baseband FFT и Baseband Subset.

Спецификации и параметры соотношения  соотношения  между временной и частотной областями   областями Таблица 1111-1 суммирует отношение спецификаций временной области и параметров частотной области.  области.  Таблица 11-1 11-1. Спецификации временной области к параметрам частотной области   области

f Nyquist Nyquist  Временная область   область

f s N T

 f s/2

Где   Где  f s  –  –  частота дискретизации  дискретизации   E b –   –  эффективная полоса пропускания  пропускания   N   –  –  количество отсчѐтов  отсчѐтов  T   –  –  время сбора данных  данных 

Частотная область  область  f max # lines max 

 f s* E b 

 E b* N  

df

1/ 1/T  T  = f   = f s/ N   N  

86

 

 Частотный анализ анализ  

Используйте информацию в таблице 11-2, 11 -2, если вы предпочитаете определять параметры спектра и определять требуемые параметры сбора  сбора   данных из этих спецификаций.  спецификаций.  Таблица 11-2 11-2. Спецификации частотной области к параметрам временной области   области Временная область  область 

Частотная область   область

max  f max # lines li nes  df  

f s 

N

T

 f max  E b  max/ E 

# lines/ lines/ E b 

1/ 1/df  df  =  = # lines/ lines/ f max max 

Где   Где  f max  –  максимальная максимальная  разрешимая  разрешимая частота  частота  max –   E b –   –  эффективная полоса пропускания  пропускания  # lines  lines –   –  количество линий спектра  спектра  df   –  –  частотное разрешение  разрешение  В таблицах 1111-1 и 11-2, 11-2, E b  является отношением  отношением  полосы пропускания без алиазинга  к частоте дискретизации. В традиционных инструментах, алиазинга  инструментах,  E b  обычно  составляет 1/2.56. Однако полоса пропускания без алиазинга  обычно алиазинга  зависит от аппаратных средств, используемых  используемых  для для   оцифровки оцифровки   динамического сигнала. Величина  E b  может иметь максимальное значение 0.5. Это максимальное значение соответствует совершенному антиалиазинговому  антиалиазинговому  фильтру. Например,  Например,  если 1024 отчета  отчета  являются входными к алгоритму FFT, вычисленный спектр имеет 512 спектральных линий компонентов  компонентов   с ненулевой частотой. Вычисленный спектр имеет в общем 513 линий, включая постоянную составляющую. составляющую. При оцифровке тех же самых 1024 1 024 отсчетов  с инструментом отсчетов инструментом  со стандартной эффективной  эффективной полосой полосой  пропускания пропускания   1/2.56, 1/2. 56, используйте уравнение в таблице 1111 -1, чтобы найти ожидаемое количество линий без алиазинга  алиазинга  в вычисленном спектре. Закончите необходимые вычисления, вычисления, используя следующее  следующее уравнение уравнение::

Величина   E b  полностью определяется  Величина  определяется  аппаратными аппаратными   средствами. Однако, математически вы можете использовать FFT, чтобы вычислить частотный спектр вплоть до частоты Найквиста. Не забудьте учесть  учесть  наличие или отсутствие антиалиазингового  антиалиазингового фильтра, когда выполняете частотный анализ. Виртуальные приборы палитры Frequency Analysis вычисляют каждую спектральную линию, свободную от алиазинга  алиазинга   или нет. Используйте частотный диапазон  диапазон  для ограничения  ограничения  анализа анализа   областью спектра, свободной от алиазинга,  алиазинга,  с  помощью измерений  измерений  полосового FFT и zoom-FFT. Используйте виртуальный прибор SVFA Get Spectrum Subset VI, чтобы ограничить анализ свободной от алиазинга областью спектра основной

полосы частот FFTFFT-измерений. измерений.   87

 

 Частотный анализ анализ  

11-1 показывает, показывает, что частота дискретизации и размер блока, блока , Замечание  Таблица 11полученного   в течение каждой итерации цикла  полученного цикла   непрерывного сбора данных полностью  полностью  определяют  параметры частотной области в основной полосе пропускания FFTопределяют FFT-анализа. анализа. Однако, много автономных инструментов функционируют при явном указании частотного диапазона  диапазона  и количества линий в FFTFFT-преобразовании. преобразовании. Таблица 11-2 11-2 показывает,, как автономный инструмент использует интересующий частотный показывает диапазон   и количество линий в FFTдиапазон преобразовании,, чтобы определить FFT-преобразовании соответствующую частоту дискретизации и размер блока. блока . 

Увеличение частотного  частотного разрешения разрешения   Увеличение частотного   разрешения частотного  поможет вам отличить 2 индивидуальных звуковых тона, которые расположены  расположены  близко близко   друг к другу.  другу.  Например, если вы анализируете сигнал, который содержит 2 тона с частотами 1000 1000 Гц и 1100 1100 Гц Гц,, используйте частоту дискретизации 10000 Гц. Соберите  данные за 10 мс и частотное разрешение составит 100 Соберите составит  100 Гц. Рисунок 11-2 112 показывает результаты этого анализа. В этом частном  частном   случае, вы не сможете отличить один звук от другого.  другого.  

Рисунок 11-2. Рисунок  11-2. Спектр мощности, полученный за время сбора 10 мс  мс  

Увеличьте время получения до 1  1   с для достижения  достижения частотного частотного   разрешения разрешения 1  1  Гц.   Рисунок 11Гц. 11-3 показывает результаты, полученные при  при  времени времени   сбора данных в 1  1  с. Вы можете отличить индивидуальные звуковые тона  тона   с увеличенным временем  временем сбора данных. данных.

88

 

 Частотный анализ анализ  

с  Рисунок 11-3 Рисунок  11-3. Спектр мощности, полученный за время сбора 1 с  Более высокое  высокое  частотное частотное   разрешение  разрешение   достигается с помощью следующих стратегий:   стратегий:

 



 



Уменьшением частоты  частоты  дискретизации дискретизации    f s. Уменьшение  f s  обычно не практично, потому что уменьшение f  уменьшение  f s уменьшает частотный диапазон. диапазон. Увеличение числа отсчетов  N . Увеличение  N   приводит к увеличению числа линий при сохранении  сохранении частотного диапазона. диапазона.

Реализуйте  стратегию уменьшения  f s  с помощью  Реализуйте  помощью  zoom-FFT анализа анализа.. Используйте FFTFFT-анализ анализ основной полосы пропускания и полосовой FFTанализ, чтобы осуществить  осуществить  стратегию увеличения  N . FFT-анализ FFT-анализ основной полосы пропускания и полосовой FFTFFT-анализ анализ достигают такого же частотного разрешения. Обратитесь к секциям  секциям  Zoom Zoom FFT анализ анализ   и  Наложение окон  окон  данной данной   главы за примерами,   которые демонстрируют, примерами, демонстрируют, насколько частотное  частотное   разрешение важно в частотном анализе. Примеры иллюстрируют ,частотного иллюстрируют, как достигнуть более высокого  высокого   частотного частотного     разрешения с инструментами анализа в Sound and Vibration Toolkit.

Zoom FFT анализ анализ   В некоторых приложениях, вам нужно получить спектральную информацию с очень высоким  высоким  частотным частотным    разрешением  разрешением   по ограниченной части промежутка основной полосы пропускания. Другими словами, вы должны изменить масштаб изображения в спектральной области, чтобы детально пронаблюдать эту спектральную область. Используйте zoom FFT для получения   информации получения информации   о спектре по ограниченной части промежутка основной полосы пропускания и с большим разрешением. Как и в анализе основной полосы пропускания, время сбора данных  данных   определяет частотное  частотное   разрешение   вычисленного спектра. Число отсчетов,  разрешение отсчетов, использованных использованных   в преобразовании, определяет число вычисленных линий в спектре.

89

 

 Частотный анализ анализ  

Zoom FFT анализ анализ   достигает лучшего  лучшего  частотного частотного    разрешения, чем FFTFFTанализ основной полосы пропускания. пропускания . Виртуальный прибор Zoom FFT VI получает множество  множество блоков данных, модулирует и понижает число отсчѐтов для получения низкой  низкой  частоты дискретизации. Размер блока  блока  становится не связанным   с доступным  связанным доступным  частотным частотным   разрешением, разрешением, потому что прибор Zoom FFT VI накапливает прореженные  прореженные  данные до тех пор, пока вы не получите требуемое количество отсчѐтов. отсчѐтов. Так как  как  преобразование работает на сокращѐнном наборе  наборе  данных, вам нужно вычислить только относительно маленький спектр. Данные накапливаются, накапливаются, так что не думайте о времени сбора данных  данных  как времени, требуемом, требуемом, чтобы получить один блок отсчетов.  отсчетов.  Напротив, время сбора данных - это время, время, требуемое требуемое   для накопления  накопления  необходимого  набора необходимого набора  сокращѐнных отсчетов.  отсчетов.  Виртуальные приборы палитры Zoom FFT включают следующие шаги  шаги   для обработки  выборки данных: обработки данных: 1.  2. 

 

3.

4.  5.  6. 

Модуляция полученных  полученных  данных, чтобы сцентрировать  сцентрировать   полосу полосу   анализа на нулевой частоте. частоте. Фильтрация модулированных данных во временной области для изоляции анализируемой полосы частот и предотвращения алиазинга при пересчѐте данных на низкую частоту дискретизации.. дискретизации Прореживание Прореживание    отфильтрованных отфильтрованных    .данных для уменьшения эффективной  частоты эффективной дискретизации дискретизации. Накопление прореженных  прореженных  данных данных   до тех пор, пор, пока не будет доступно достаточное количество отсчетов для вычисления  вычисления   спектра.   спектра. Использование   дискретного преобразования Зака  Использование Зака  (DZT) для эффективного  вычисления эффективного вычисления  желательных желательных  спектральных спектральных  линий. линий.   Демодуляция,  или сдвиг вычисленного  Демодуляция, вычисленного спектра спектра..

Частотное  разрешение приборов  Частотное приборов палитры Zoom FFT

Используйте приборы палитры Zoom FFT, чтобы вычислить спектр сигнала по узкому частотному диапазону с произвольной точностью  точностью  частотного частотного    разрешения.. Для получения   разрешения получения  приближения приближения   частотного частотного    разрешения  разрешения   с  приборами  палитры Zoom FFT, используйте приборами использ уйте  следующую формулу:  формулу: 

Точное   частотное частотное   разрешение  разрешение  возвращается как df   в спектре, спектре, вычисленном Замечание  Точное приборами палитры Zoom FFT.  Измерение Zoom FFT

Следующий пример демонстрирует измерение  измерение  zoom-спектра zoom-спектра мощности. Сбор синусоидального сигнала с  с  частотой 1390 1390 Гц с помощью DSADSAустройства National Instruments и виртуальный  виртуальный  прибор показаны  показаны  на рисунке 11-4.

90

 

 Частотный анализ анализ  

zoom-спектра спектра мощности  мощности  Рисунок 11-4. Рисунок  11-4. Проведение измерения zoomОцифровка сигнала производится на частоте 51.2 51. 2 кГц. Виртуальный прибор считывает данные в блоках по 2048 отсчѐтов. Вычислите частотное  частотное   разрешение   этого измерения,  разрешение измерения, используя анализ основной полосы частот со следующим уравнением:  уравнением: 

Используйте виртуальный прибор SVFA Zoom Power Spectrum VI, VI, чтобы проанализировать узкий диапазон с намного лучшим  лучшим   частотным частотным    разрешением. Рисунок 11 11--5 показывает результат ограничения измерения частотным  диапазоном частотным диапазоном  от 1  1 кГц до 2 кГц и вычисление 400 линий. Получите частотное  разрешение  частотное  разрешение вычисленного спектра по следующей след ующей формуле:  формуле: 

Рисунок 11-5. Рисунок  11-5. Результаты измерения zoomzoom-спектра спектра мощности  мощности 

91

 

 Частотный анализ анализ  

Используйте виртуальный прибор Zoom Power Spectrum Express VI для интерактивного конфигурирования  конфигурирования  zoom-измерений. zoom-измерений. Обратитесь к Главе 3,  3,  Экспресс-измерения Экспрессизмерения,,  и к Справке  LabVIEW , за получением большей информации о  о приборе приборе Zoom  Zoom Power Spectrum Express VI. Установки  масштабирования Установки масштабирования  

Рисунок 1111-6 показывает  показывает  управляющий элемент  элемент  zoom settings, используемый   для получения результатов zoomиспользуемый zoom-измерения измерения,, отображенных на рисунке 1111-5. Используйте этот управляющий элемент для указания  указания   частотного   диапазона, окна, числа  частотного числа  линий и процента наложения, используемого   для zoomиспользуемого анализа. Обратитесь к Справке  LabVIEW   за zoom-анализа. получением информации об  об управляющем элементе  элементе zoom settings.

Рисунок 11-6. Рисунок  11-6. Управляющий элемент Zoom Settings

Анализ полосы частот  частот  Виртуальные приборы палитры Baseband Subset позволят вам вычислить FFT полосы полосы   частот измерения  измерения  основной полосы пропускания. Анализ полосы частот  частот  использует использует   преобразование преобразование   DZT для вычисления  вычисления  FFT  определѐнной полосы частот в  в  основной полосе  полосе  пропускания. Частотное  Частотное   разрешение   спектральных измерений вычисленных   разрешение вычисленных  с  помощью приборов палитры   Baseband Subset эквивалентно частотному  палитры частотному   разрешению  разрешению   для измерений, сделанных с  с  помощью приборов палитры Baseband FFT. Время сбора данных  данных  определяет частотное  частотное   разрешение. Единственный способ достигнуть более хорошей частоты разрешения  разрешения  - это увеличить длину времени записи. В случае анализа основной полосы пропускания или полосы частот, удлинение времени записи подразумевает увеличение  увеличение   размера  блока.  размера Алгоритм  приборов Алгоритм  приборов   Baseband Subset вычисляет только желательные спектральные линии. Единственное отличие программирования  программирования   приборов приборов   Baseband Subset и  Baseband FFT - это дополнительный параметр frequency определяет,, какие спектральные  спектральные  линии линии   range. Параметр frequency range определяет будут вычисляться прибором Baseband Subset VI. Вычисленные спектральные линии всегда включают начальную  начальную  и конечную  конечную частоты. частоты.   0  Гц и конечной  конечной  частоты в  f max Замечание  Установка стартовой частоты в 0  max  приводит к такому же спектру, спектру, что и соответствующий виртуальный прибор Baseband FFT. Если вы установили конечную  конечную  частоту в -1, прибор палитры  палитры  Baseband Subset возвратит частоту Найквиста как самую высокую частоту в вычисленном спектре. спектре .  Следующее рассуждение поможет вам решить, решить , когда использовать приборы

палитры Baseband Subset вместо приборов палитры Baseband FFT: 92

 

 Частотный анализ анализ  

 



 



Требуемый размер блока приводит к приемлемому частотному  разрешению.    разрешению. Анализ узкой полосы частот  частот  основной полосы частот предлагает лучшую скорость обработки, чем Baseband FFT VI .  . 

Наложение окон  окон  Периодичность   - одно из основных  Периодичность основных  допущений, сделанных в частотном анализе, основанном на FFTанализе, FFT-преобразовании преобразовании.. FFT-алгоритм FFT-алгоритм неявно предполагает, что каждый блок полученных данных безгранично повторяется и в положительное и в отрицательное время. Наложение окон окон это метод,  метод, который гарантирует периодичность. Наложение окон  окон  повторяет повторяет   данные временной области в соответствии с  с  функцией   окна функцией окна,, перед тем как выполнить FFTFFT-преобразование. преобразование. Оконная функция обычно имеет нулевое значение в начале и в конце периода измерений. Рисунок 1111-7 показывает, показывает, как сигнал, который  который  не одинаков в начале и в конце периода  периода   измерения измерения,, становится периодическим при умножении на функцию окна.  окна. 

окна   Рисунок 11-7. Рисунок  11-7. Эффект периодичности при наложении окна  Окна, поддерживаемые  поддерживаемые  Sound and Vibration Toolkit, и их эквивалентные  эквивалентные  полосы   пропускания шума (ENBW) даны в таблице 11-3. полосы 11-3. ENBW является свойством окна, приложенного к сигналу.  сигналу.  

93

 

анализ    Частотный анализ

окна  Таблица 11-3. Таблица  11-3. Поддерживаемые окна  Окно   Окно

Уровень ENBW

Без окна  окна 

1

Hanning

1.50

Hamming

1.36

Blackman-Harris

1.71

Exact Blackman

1.69

Blackman

1.73

Flat Top

3.77

4 Term Blackman-Harris

2.00

7 Term Blackman-Harris

2.63

Low Sidelobe

2.22

Blackman Nuttall

1.98

Triangle

1.33

Barlett-Hanning

1.46

Bohman

1.79

Parzen

1.92

Welch

1.20

Kaiser

3.85

Dolph-Chebyshev

1.40

Gaussian Force-Exponential

1 нет   нет

. поддерживаемых  окон временной области Замечание  Вы можете найти полный список поддерживаемых  во входном параметре  параметре window виртуального прибора SVFA прибора SVFA Power Spectrum VI. 

Стратегии выбора окна  Как правило, окно с  с  более низким ENBW используется для нахождения  нахождения  пиковой  частоты. Окно с более высоким ENBW используется для пиковой  нахождения   пиковой нахождения пиковой   амплитуды. Используйте  Используйте  окно окно   Force-Exponential Force-Exponential для тестирования возмущений и импульсов, где стимулированный сигнал показывает переходное поведение после случая воздействия или когда

отклик сигнала не ослаб до нулевого значения  значения  за за  период измерения.  измерения.  94

 

анализ    Частотный анализ

ОкноForceForce-Exponential Exponential поддерживается только для двухканальных Замечание  Окно измерений, проводимых приборами палитр Baseband палитр Baseband FFT и Baseband Subset. 

Параметры усреднения  усреднения  Каждый  из Каждый  из   приборов палитры  палитры  Frequency Analysis VIs поддерживает поддерживает   усреднение.. Кластер задания параметров усреднения Averaging parameters усреднение на на    рисунке  рисунке   11-8 определяет определяет,, как как   вычисляется усредненный  усредненный  спектр спектр..  Подпараметры  averaging mode, weighting mode, number of averages, и  каждый   управляет управляет   специфической специфической   особенностью особенностью   процесса процесса   linear mode каждый усреднения.. усреднения

Рисунок 11-8. Рисунок  11-8. Кластер задания параметров усреднения  усреднения 

Обратитесь к C правке LabVIEW  Обратитесь  правке LabVIEW  за за  большей большей  информацией информацией  о кластере задания параметров усреднения  усреднения averaging parameters и о подпараметрах количества усреднений  number of averages и линейного режима  усреднений режима linear mode.

Специальные соображения для измерений  измерений с усреднением  усреднением  При выполнении частотных измерений с усреднением, разместите прибор Frequency Analysis VI в теле цикла For цикла For Loop или или  While Loop и подсоедините новый блок временных данных к виртуальному прибору. Прибор Frequency Analysis VIs возвратит результаты усреднения, основанные на всех полученных   данных, начиная с первого запуска  полученных запуска   виртуального виртуального   прибора прибора   или с того времени, времени, как процесс усреднения был перезапущен.  перезапущен.  Имейте в  в  виду следующие  следующие  условия для выполнения измерений  измерений  с  усреднением  с помощью приборов Baseband усреднением приборов Baseband FFT и Baseband Subset:

 



 



 



Вы можете использовать или смежные, смежные , или накладывающиеся блоки временных данных.  данных.  Количество отсчетов в каждом блоке временных данных определяет размер блока FFT. Усреднение автоматически перезапускается,  перезапускается,  если размер блока временных данных изменился.  изменился. 

Методы усреднения  усреднения  Вы можете выбрать из следующего списка методов усреднения, усреднения , когда выполняете частотный анализ с  с  помощью приборов палитры  палитры  Frequency

Analysis: 95

 

анализ    Частотный анализ

       

 





Без усреднения  усреднения  Среднеквадратическое усреднение  усреднение  Векторное усреднение  усреднение  Хранение пиков  пиков 

Замечание  Не все из виртуальных приборов частотного анализа поддерживают все методы усреднения, указанные выше. выше. Обратитесь к Справке  LabVIEW   за большей информацией о методах усреднения, поддерживаемых  поддерживаемых  конкретными конкретными   виртуальными приборами..  приборами Без усреднения  усреднения 

Значение No averaging  устанавливается по умолчанию  умолчанию  и не применяет какого--либо какого либо   усреднения к измерениям. Вы можете использовать настройку  настройку  No averaging для быстрых вычислений или при высоком  высоком  отношении отношении  сигнал сигнал-шум.   шум. Среднеквадратическое усреднение  усреднение 

Среднеквадратическое усреднение ослабляет флуктуации  флуктуации  сигнала, но  но  не уровень шума. Уровень шума не ослабляется, ослабляется, потому что среднеквадратическое   усреднение усредняет мощность сигнала.  среднеквадратическое сигнала.  Так как  как  среднеквадратическое   среднеквадратическое усреднение усредняет мощность сигнала, усредненная среднеквадратическая  среднеквадратическая  величина одноканальных измерений имеет нулевое значение фазы.  фазы.  RMS-усреднение RMS-усреднение для двухканальных измерений сохраняет  сохраняет важную информацию о фазе.  фазе.  Измерения  со среднеквадратическим усреднением  Измерения  усреднением  соответствии со следующими уравнениями:  уравнениями: 

Где

вычисляются

в

96

 

анализ    Частотный анализ

 X - комплексное FFTFFT-преобразование преобразование  стимулирующего стимулирующего  сигнала сигнала х  х   Y - комплексное FFTFFT-преобразование преобразование  сигнала отклика y отклика y    Х * - множество множество,, сопряженное с X  с X   Y * - множество множество,, сопряженное с Y   - это среднее значение  Х , действительная действительная   и мнимая части усреднены  раздельно//  раздельно Векторное усреднение  усреднение 

Векторное усреднение, усреднение, так же называемое когерентным  когерентным  усреднением или усреднением   синхронного усреднением синхронного   времени, ослабляет  ослабляет  величину шума в синхронизированных сигналах. Векторное усреднение вычисляется непосредственно усреднением составных величин. Действительная и мнимая части, в которых хранится информация о фазе, усредняются  раздельно. Однако, Однако, для одноканальных измерений, использование векторного усреднения без условия запуска может быть причиной мощных  мощных   спектральных компонентов, уничтожаемых  уничтожаемых в усредненном спектре.  спектре.  Измерения с векторным  векторным  усреднением усреднением   вычисляются в соответствии со следующими формулами:  формулами: 

Где  X   -- комплексное FFTFFT-преобразование преобразование  стимулирующего стимулирующего  сигнала сигнала х  х   Y - комплексное FFTFFT-преобразование преобразование  сигнала отклика y отклика y   - усреднение усреднение X   X , действительная и мнимая части усредняются раздельно  раздельно  - усреднение Y , действительная и мнимая части усредняются раздельно  раздельно   Среднеквадратическое усреднение в сравнении с векторным  векторным  

Рисунок 1111-9 сравнивает эффекты среднеквадратического усреднения и векторного усреднения на обычных сигналах. Входной сигнал –   двухтональный сигнал. Преобладающий тон - это синусоида частотой  частотой  10 кГц с амплитудой 1 V p. Самый маленький компонент  компонент   –   это это   синусоида частотой   15 кГц с амплитудой 0.01 частотой 0.01 V p. В дополнение  дополнение  ко  ко  звуку, в сигнале имеется   шум. Сигнал  имеется Сигнал  оцифрован на частоте 21.5 21.5 кГц блоками  блоками  по по   1000 отсчѐтов. Применено окно Hanning для ослабления  ослабления  утечки. Виртуальный прибор выполняет 100 усреднений.  усреднений. 

97

 

анализ    Частотный анализ

Рисунок 11-9. Рисунок  11-9. Эффект режима усреднения на усреднѐнном спектре  спектре  

Режим усреднения доминирующий тон. тон.

« Без

усреднения» усреднения» 

только

идентифицирует

Режим среднеквадратического среднеквадратического    усреднения  усреднения   не ослабляет уровень шума. Однако, среднеквадратическое  среднеквадратическое  усреднение сглаживает шум на выходе достаточно,, чтобы обнаружить тон на частоте 15 достаточно частоте  15 кГц. кГц.   Режим « Векторное усреднение, неинициированный сбор данных» данных »  преуменьшает мощность, мощность, представленную представленную   на на   частоте частоте   10 кГц. Таким образом,, тон образом тон  на на  частоте частоте 15  15 кГц неотличим от шума.  шума.  Режим « Векторное усреднение, инициированный сбор данных» данных »  со со   сбором данных с условием запуска точно вычисляет мощность  мощность   звуков, уменьшает уровень шума на 20  20  дБ и обнаруживает тон  тон  на частоте 15  15  кГц. Снижение уровня шума на 20  20   дБ соответствует коэффициенту 10 или квадратному корню  из 100, где 100 это количество вычисленных усреднений.  корню усреднений.  Хранение пиков  пиков 

Хранение пиков пиков   (peak-hold) выполняется на каждой индивидуальной частотной линии и сохраняет  сохраняет  среднеквадратические пиковые уровни усредняемых   компонент усредняемых компонент   из из   одной FFTFFT-записи записи в следующую запись. Peakhold усреднение широко используется при конфигурировании  конфигурировании  измерительных систем или при применении ограничений или тестирования

верхних пределов частотного  частотного спектра спектра.. 98

 

анализ    Частотный анализ

Измерения с  peak peak-hold hold усреднением  усреднением  вычисляются в соответствии со следующим уравнением:  уравнением: 

Где   Где  Х   -- это комплексное FFTFFT-преобразование преобразование  стимулирующего стимулирующего  сигнала сигнала х  х    Х * - комплексно комплексно--сопряженное значение X  значение X   стимул-отклик отклик   не поддерживают  peak-hold Замечание  Двухканальные измерения типа стимулусреднение..  усреднение

Методы взвешивания  взвешивания  Линейное взвешивание взвешивает каждый индивидуальный спектр на такое же значение в  в  усредненном усредненном   спектре. Линейное взвешивание наиболее часто  используется для анализа.  часто анализа.  Экспоненциальное взвешивание взвешивает более частый  частый  спектр больше, больше, чем предшествующие  предшествующие  спектры. Взвешивание более частого  частого  спектра спектра   больше больше,, чем предшествующие  предшествующие  спектры, спектры,   делает усредненный спектр более отзывчивым к изменениям во входном  входном сигнале. Эта чувствительность  чувствительность делает экспоненциальное взвешивание идеальным для конфигурации фазы  фазы   в  измерениях. Экспоненциальное взвешивание также широко используется в приложениях мониторинга, потому что усредненный спектр реагирует на одиночное событие. Линейно усредненный спектр не  не   может заметно среагировать   на среагировать на   одиночное событие, особенно с большим числом усреднений.   усреднений. Взвешивание применяется согласно следующему след ующему уравнению: уравнению:

Где   Где  X i –   –  результат  результат анализа на ii-ом ом блоке. блоке. Y i  –  –  результат  результат усреднения от X  от X 1 до до X   X i.  N = i для линейного взвешивания. взвешивания.  N  N –   –  константа для экспоненциального взвешивания  взвешивания  с N = 1 для i = 1.

Использование виртуальных приборов частотного анализа  анализа  Эта секция главы предоставляет специальную информацию об использовании виртуальных приборов частотного анализа в ваших

измерениях.   измерениях. 99

 

анализ    Частотный анализ

Доступные измерения  измерения  Следующие  палитры Следующие  палитры   частотного анализа предлагают те же самые основные измерения,, но предназначенные для специальных измерений:  измерения измерений:  

     

  

Baseband FFT Zoom FFT Baseband Subset

Например, каждая из трех палитр включает виртуальные приборы для измерений спектра мощности. Виртуальный прибор SVFA Power Spectrum VI вычисляет спектр мощности  мощности  входного сигнала. Виртуальный прибор SVFA Power Spectrum Subset VI вычисляет спектр мощности на полосе частот входного сигнала. Прибор SVFA Zoom Power Spectrum VI вычисляет zoom-спектр zoomспектр мощности  мощности  входного сигнала. Обратись к Справке Справке LabVIEW   LabVIEW   за полным списком виртуальных приборов частотного анализа и информацией о каждом приборе. приборе. Все виртуальные приборы палитр Baseband FFT, Baseband Subset, and Zoom FFT  разделяют те же самые основные соотношения между входным сигналов и вычисленным спектром. Для анализа основной полосы  полосы  и полосы частот   вы можете получить более точное частотное  частот частотное    разрешение  разрешение   только повышением размера блока. Увеличение размера блока вызывает  вызывает  вычисление   FFT с большим количеством линий. Zoomвычисление Zoom-анализ анализ изнутри уменьшает   частоту дискретизации  уменьшает дискретизации  прореживанием прореживанием   данных. В анализе основной частоты, частоты, полосы частот  частот  основной частоты, частоты, и  zoom-FFT анализе анализе   частотное    разрешение частотное  разрешение   является противоположностью  противоположностью  длительности измерений.   измерений.

Одноканальные измерения  измерения  Вы можете проводить  проводить  следующие одноканальные измерения с помощью виртуальных  приборов виртуальных приборов  частотного анализа:  анализа: 

 



 



 



Спектр мощности  мощности  вычисляет мощность внутри каждой  каждой  спектральной спектральной   полосы.. Вся фазовая информация теряется в процессе  полосы процессе  вычислений. Это измерение - полезный инструмент  инструмент  для изучения различных частотных компонентов в сигнале.  сигнале.  Спектральная   плотность Спектральная плотность   мощности мощности   вычисляет мощность в каждой  каждой  полосе, нормализованную  нормализованную  шириной шириной   полосы полосы.. Вся фазовая информация теряется при вычислениях. Это измерение полезно использовать использовать   для изучения уровня шума в сигнале или мощности в определенном частотном диапазоне. Нормализация спектра мощности шириной  шириной   спектральной полосы  полосы  устраняет связь  связь  результата  результата   этого измерения с  с   размером блока N  блока N . FFT-спектр FFTспектр вычисляет или амплитудную  амплитудную  и фазовую, или действительную   и мнимую  действительную мнимую  части части   или комплексную  комплексную  форму форму   спектра входного сигнала. Фазовая информация сохраняется  сохраняется  в зависимости от выбранного метода усреднения. Это измерение часто  часто   используется большинством расширенных расширенных    измерений, где нужна амплитудная и фазовая информация.  информация.  

100

 

анализ    Частотный анализ

Измерение спектра мощности

Используйте приборы палитры Frequency Analysis для выполнения  выполнения  однократного   или непрерывного  однократного непрерывного  сбора данных, как иллюстрировано на блок--диаграммах рисунков 11блок рисунков 11-10 10 и 11-11. 11-11.

данных  Рисунок 11-10. Рисунок  11-10. Однократный сбор данных 

Рисунок 11-11. Рисунок  11-11. Непрерывный сбор данных  данных  Замечание  В этом примере выход считывающего виртуального прибора является массивом   типа данных  массивом данных  waveform. Вы можете соединить  соединить  выходной массив со считывающего прибора  прибора  прямо на прибор SVL Scale Voltage to EU VI. V I. Если выходной массив считывающего виртуального прибора  прибора  содержит содержит   только один  один  элемент формы сигнала waveform waveform,, используйте отдельную  отдельную   реализацию полиморфного  полиморфного  считывающего виртуального прибора, который возвращает только один канал, перед тем как подсоединить  проводник данных формы сигнала waveform к прибору подсоединить прибору SVL  SVL Scale Voltage to EU VI. 

Используйте  экспресс Используйте  экспресс--ВП ВП   Power Spectrum Express VI для интерактивного конфигурирования измерений спектра мощности. Обратитесь к Главе 3, 3, Экспресс--измерения Экспресс измерения,, и к Справке Справке LabVIEW   LabVIEW   за дополнительной  дополнительной  информацией о приборе Power Spectrum Express VI.

101

 

анализ    Частотный анализ

Двухканальные измерения  измерения  Двухканальные измерения отличаются от одноканальных  одноканальных   измерений измерений,, потому что выходной спектр двухканальных измерений  измерений   зависит от отношения между двумя входными каналами. Обычно входные сигналы являются стимулом  стимулом  и откликом. Некоторые формы широкополосного  широкополосного  возбуждения обычно необходимы для получения точных результатов. Широкополосные   сигналы включают шум, ЛЧМШирокополосные ЛЧМ-сигнал сигнал,, мультитоновые мультитоновые   сигналы, импульсные сигналы  сигналы и другие.  другие.  Используйте виртуальные приборы  приборы  частотного анализа  анализа  для выполнения  выполнения  следующих  двухканальных следующих двухканальных  измерений измерений::

 



 



 



 Частотный отклик  отклик  вычисляет передаточную  передаточную  функцию функцию   отклика на  на  стимул. Используйте частотный отклик как общее средство для описания динамического отклика системы. системы. Когерентность Когерентность   зачастую используется для подтверждения результатов частотного отклика. Когерентность   измеряет части отклика, которые линейно зависят,  Когерентность зависят,   или когерентны со стимулом. стимулом. Когерентность Когерентность  имеет диапазон от 0 до 1.  1.  Взаимный спектр вычисляет взаимный  взаимный  спектр двух входов. входов. Используйте   взаимный спектр  Используйте спектр  в некоторых расширенных видах  видах  анализа. Динамические данные часто хранятся в элементах  элементах   взаимного спектра. Используйте взаимный спектр для вычисления  вычисления   других других   полезных измерений, таких  полезных  таких как функции частотного отклика.  отклика.  Когерентная   выходная мощность вычисляет часть  Когерентная часть   мощности отклика, которая когерентна со стимулирующим воздействием. воздействием.

Вы можете увидеть большинство результатов двухканальных измерений в виде   амплитуды виде амплитуды   и фазы  фазы  или реальной  реальной  и мнимой  мнимой  частей. Используйте  Используйте  входной параметр  параметр  view  виртуальных виртуальных   приборов приборов   Frequency Analysis, возвращающий амплитуду и фазу при указании следующих опций отображения:: отображения

 



 



 



Амплитуда выражена в децибелах. Конвертировать амплитуду в логарифмический масштаб можно  можно по по  выражению выражению::

Преобразование амплитуды в логарифмический масштаб помогает  помогает   одновременно наблюдать маленький и большой компоненты  компоненты спектра спектра.. Фаза развернута. Развертывание фазы смещает точки разрыва больше чем в π  π радиан.  радиан. Фаза свернута между –π  –π и π  π радиан  радиан по умолчанию.  умолчанию.  Фаза возвращается в градусах или радианах.  радианах.  

Обратитесь к Справке Справке LabVIEW   LabVIEW  за большей информацией о  о параметре параметре  view.  Измерение  функции частотного отклика Измерение

Измерения частотного отклика сравнивают сигнал раздражителя и сигнал отклика таким  таким  образом образом,, чтобы вычислить функцию частотного отклика (FRF) объекта исследования. исследования. FRF представляет представляет   комплексное комплексное   отношение

выхода к входу в частотной области и полностью  полностью   характеризует линейные, стационарные системы.  системы.  102

 

анализ    Частотный анализ

Величина FRF эквивалентна усилению,  Величина FRF усилению,  выраженному как функция частоты. Фаза FRF эквивалентна относительной  относительной  задержке каждого частотного компонента при прохождении через объект исследования. исследования . Выполнение FRFFRF-измерений измерений требует источника сигналов. Корректными  Корректными  сигналами стимула обычно являются сигналы  сигналы  с широкой полосой пропускания,, такие пропускания такие   как белый шум, розовый шум, импульсные  импульсные   и ЛЧМЛЧМсигналы. Сигналы с широкой полосой пропускания гарантируют, что все частоты  возбуждены в течение процесса сбора данных. частоты данных . Используйте  экспресс Используйте  экспресс--ВП ВП   Frequency Response Express VI, чтобы создать и интерактивно конфигурировать измерения частотного отклика. Обратитесь к Главе 3, 3,  Экспресс Экспресс--измерения измерения,,  и к Справке  LabVIEW   за большей информацией о  о приборе приборе Frequency  Frequency Response Express VI. Пример измерения  измерения функции частотного отклика  отклика 

Следующий  пример иллюстрирует FRFСледующий  FRF-измерение измерение.. В этом примере используется DSADSA-устройство устройство NI  NI PXI-4461 PXI-4461 для генерации  генерации  стимулирующего сигнала. Стимулирующий сигнал - белый шум. Объект исследования является   узкополосным является узкополосным    режекторным  режекторным   фильтром, фильтром,   сцентрированным сцентрированным   на частоте 1  1  кГц. Рисунок 11-2 11-2 показывает показывает   схему соединений,  соединений,  использованную в этом примере.  примере. 

Рисунок 11-12 11-12. Схема соединений для измерения частотного отклика с устройством устройством NI  NI 4461

DSA-устройство DSAустройство преобразовывает стимулирующий сигнал с цифрового в

аналоговый. Аналоговый выходной канал 0, АО0, посылает стимулированный сигнал на объект исследования. Аналоговый входной 103

 

анализ    Частотный анализ

канал AI AI0 0 получает стимулирующий  стимулирующий  сигнал. Аналоговый выходной канал 1, AI1,, получает отклик объекта исследования. AI1 исследования . Рисунок 1111-13 показывает  показывает  блок блок--диаграмму виртуального использованного для выполнения FRFFRF-измерения. измерения.  

прибора , прибора,

Блок--диаграмма прибора измерения функции частотного отклика  отклика   Рисунок 11-13 Рисунок  11-13. Блок Управляющий элемент AO physical channel установлен установлен   в  Dev1/ao0.  Управляющий элемент  AI physical channels установлен установлен   в  Dev1/ai0:1.  Частота дискретизации ( f   f s) составляет 51200 Гц и является одинаковой для входного и выходного каналов. Данное значение частоты  частоты   выборки выборки   означает означает,, что   измерения что измерения   выполняются выполняются   в аудиоаудио-области. Буферы автоматически конфигурируются NI-DAQmx. конфигурируются  NI-DAQmx. Цикл While на итерации рисунке 1111 -13 управляет генерацией генерацией    и сбором  сбором сигнала. Для Loop каждой цикла While Loop,и прибор Uniform White   Noise Waveform VI генерирует сигнал белого шума. Сигнал белого шума посылается на объект исследования на аналоговый выходной канал 0, АО0, АО0 , как на рисунке 1111-12. Аналоговый входной канал 0,  0,   AI0 AI0 на рисунке 11-12, 11-12, получает такое  такое  же количество отсчетов, отсчетов, как и в буфере  буфере   генерации генерации.. Одновременно с этим аналоговый входной канал 1, AI1 AI1 на рисунке 11-12, 11-12, получает сигнал отклика  отклика  с объекта исследования. Рисунок 1111-14 показывает измеренные во временной области  области  стимулирующий стимулирующий   сигнал и сигнал отклика.   отклика.

104

 

анализ    Частотный анализ

Рисунок 11-14. Рисунок  11-14. Стимулирующий и ответный сигналы во временной области  области  

Интерпретация  сигналов Интерпретация  сигналов   во временной области на рисунке 11-14 11 -14 весьма затруднительна. Посмотрите на результаты в частотной области, области , обеспечивающие большую информативность  информативность  в динамическом отклике объекта исследования. исследования. Эффект усреднения и частотного  частотного разрешения в FRFFRF-результатах результатах  

Понимание эффектов усреднения и частотного  частотного  разрешения в результатах измерений FRF весьма важно при выполнении FRFFRF-измерений. измерений. Следующие примеры иллюстрируют эффекты усреднения и частотного  частотного  разрешения в   результатах FRFFRF-измерений. измерений.   Оба примера используют виртуальный  виртуальный  прибор, показанный  показанный  на рисунке  рисунке  1113, с частотой выборки 51200 51200 Гц и размером  размером блока блока  1024 отсчета. АудиоАудио- или или   акустические приложения используют, как правило, эту частоту выборки.  Частота дискретизации 51 51200 200 Гц и размер буфера 1024 отсчета  отсчета   обеспечивают 400 спектральных линий без эффекта алиазинга  алиазинга   вплоть до частоты  20 кГц.  частоты кГц.  Замечание  Виртуальный прибор SVFA Frequency Response (Mag-Phase) VI использует сигналы стимула и отклика с объекта исследования для  для   вычисления вычисления FRF  FRF.. В следующих примерах показывается только амплитуда функции частотного  частотного отклика отклика..  FRF без усреднения  усреднения 

Рисунок 1111-15 показывает измеренный без усреднения частотный отклик узкополосного режекторного  режекторного фильтра. фильтра.  

105

 

анализ    Частотный анализ

Рисунок 11-15. Рисунок  11-15. Частотный отклик без усреднения  усреднения  FRF с усреднением  усреднением 

Вы  можете использовать усреднение для  Вы  для  улучшения FRFFRF-измерения измерения.. Рисунок 1111-16 показывает частотный отклик, отклик, полученный с использованием среднеквадратического усреднения на 100 измерениях. измерениях.

усреднением  Рисунок 11-16. Рисунок  11-16. Частотный отклик с усреднением  Использование усреднения улучшает  улучшает   результаты  результатами,  полученными  результатами, полученными  без усреднения.  усреднения. 

по

сравнению

с 

Обратитесь к секции  Параметры усреднения  усреднения  данной данной   главы главы   за получением дополнительной  информации об  дополнительной об усреднении и частотном анализе.  анализе.  Улучшение  частотного Улучшение частотного  разрешения увеличением числа отсчетов

При постоянной частоте дискретизации, число отсчѐтов, отсчѐтов , используемое для проведения   FFT-преобразования, проведения FFT-преобразования,   определяет частотное  частотное  разрешение  разрешение   любого измерения,, основанного на FFTизмерения FFT-преобразовании. преобразовании. Например, Например, допустим, что фильтр, использующийся в примере усреднения FRF, предназначен для обеспечения   затухания обеспечения затухания   больше чем 50  50  дБ на частоте режекции. Частота

 режекции в этом примере 1 кГц. Усреднѐнное измерение,  измерение,  показанное показанное   на 106

 

анализ    Частотный анализ

 рисунке 11-16, 11-16, показывает, однако,  однако, что затухание несущественно лучше, лучше, чем 40 дБ на частоте 1 кГц. 1024 отсчета и частота выборки 51200 51200 Гц обеспечивают   блок данных  обеспечивают данных  на 20  20  мс и  и   частотное частотное   разрешение 50 разрешение 50 Гц. Однако фильтр имеет очень узкую полосу  полосу  заграждения заграждения.. Для выполнения более  более  точных измерений в области  области  заграждения необходимо лучшее частотное  частотное   разрешение..  разрешение Если буфер обработки  обработки  увеличить до 4096 отсчетов и  и   частоту дискретизации  дискретизации  оставить прежней, частотное  частотное  разрешение  разрешение   составит 12.5 Гц. Рисунок 11-17 11 -17 отображает усредненные измерения, измерения, полученные с  с новым размером блока.  блока. 

Рисунок 11-17. Рисунок  11-17. Частотный отклик с блоком в  в 4096 отсчѐтов  отсчѐтов 

Увеличение частотного  частотного   разрешения  разрешения   позволяет позволяет   более точные  точные  измерения измерения   подавления  фильтра подавления фильтра  в области частоты режекции. режекции. отклика  Таблица 11-4 Таблица  11-4. Многоканальные измерения частотного отклика  Реализация   Реализация  прибора SVFA прибора  SVFA Frequency Response

1x1

Тип теста  теста 

Один вход Один  вход,, один один  выход выход   Single Input, Single Output (SISO)

Наиболее частые примеры использования  использования 

Подтверждение одноканальных аудиоустройств, таких как аудиофильтры, усилители, эквалайзеры, динамики, сотовые телефоны  телефоны 

107

 

анализ    Частотный анализ

Реализация   Реализация  прибора SVFA прибора  SVFA Frequency Response

Тип теста  теста 

Наиболее частые примеры использования  использования 

Несколько входов, несколько выходов  выходов  Multiple Input, Multiple

Проведение структурных тестов, или любого типа теста с  с множественным

Output (MIMO)

 расположением источников возбуждения и источников отклика, таких как наземная вибрация планера самолѐта, отклик мостовых сооружений, модулирующий анализ  анализ 

SISO с nn-м м количеством объектов исследования  исследования  SISO with n number of DUTs

Подтверждение нескольких одноканальных устройств  устройств 

 Nx1

Один вход, несколько выходов   выходов Single Input, Multiple Output (SIMO)

Проведение структурных тестов с единичным источником возбуждения и множественным количеством источников отклика   отклика

1xM

Несколько входов, один выход   выход Multiple Input, Single Output (MISO)

Проведение структурных тестов с множественными источниками возбуждения и единственным источником отклика  отклика 

 NxM

 N пар пар  

Взаимный  спектр Взаимный спектр  

Измерение  взаимного спектра - это важная составляющая часть для других Измерение  измерений.   Обычно вы не используете взаимный спектр мощности  измерений. мощности   как непосредственное   измерение. Величина взаимного  непосредственное взаимного  спектра эквивалентна спектру  мощности, когда 2 входных сигнала ко взаимному спектру являются спектру  равными сигналами и в общем случае сл учае величина взаимного спектра является  результатом среднеквадратической амплитуды входных сигналов X и Y. Фаза взаимного спектра  спектра равна  равна фазе частотного отклика.  отклика.  Когерентность   Когерентность

Функция когерентности  когерентности показывает часть энергии отклика, взаимосвязанной со энергией стимула. Вы  Вы  можете использовать функцию когерентности,  когерентности,  чтобы распознать избыточный шум и определить, определить , какой из множества стимулирующих входов  входов  является содействующим  содействующим  сигналу отклика. За большей информацией о вычислении когерентности, включающей

уравнения, обратитесь к секции Среднеквадратическое усреднение усреднение   этой главы. Уравнение  когерентности Уравнение  когерентности   всегда выдает значение для 108

 

анализ    Частотный анализ

взаимосвязанности между 0 и 1. Значение 1 на заданной  взаимосвязанности  заданной частоте показывает, показывает, что все из энергий откликов являются соответствующими стимулирующему сигналу  и что нет помех, которые произошли на этой частоте. Значение нуля сигналу показывает, что на данной частоте отсутствует какая либо корреляция между сигналами стимула и отклика. Когерентность  Когерентность   единична на всех частотах для приложений только с одним усреднением.  усреднением.  Когерентная  выходная мощность Когерентная

Когерентная выходная мощность возвращает мощность в сигнале  сигнале   отклика отклика,, взаимосвязанную с сигналом стимула. За дополнительной  дополнительной   информацией о вычислении когерентной выходной мощности, включающей уравнения, обратитесь к секции  секции Среднеквадратическое Среднеквадратическое  усреднение   усреднение данной главы.  главы. 

Расширенные измерения спектра  спектра  Вы можете использовать виртуальные приборы палитры Spectrum Extended Measurements для выполнения следующих измерений: измерений:

     



 

         



   

Тестирование пределов  пределов  Взвешивание в частотной области  области  Интегрирование в частотной области  области  Получение значения спектра  спектра  Получение спектра  спектра полосы частот  частот  Поиск пика спектра  спектра  Мощность в полосе частот  частот  Преобразование  единиц Преобразование единиц  измерения измерения  

Обратитесь  к  Главе Обратитесь  Главе   5,  Анализ тестирования пределов пределов,,  за дополнительной информацией о тестировании пределов.  пределов.  Обратитесь  к  Главе Обратитесь  Главе   6,  Взвешивающие фильтры фильтры,,  за информацией о взвешивании.. взвешивании Обратитесь   к  Главе Обратитесь Главе 7,  7,   Интегрирование, Интегрирование,  за информацией об интегрировании в частотной области. области. Обратитесь к  к  Справке Справке   LabVIEW   за информацией о каждом виртуальном приборе палитры Spectrum палитры Spectrum Extended Measurements.

Получение значения спектра  спектра  Виртуальный прибор SVFA Get Spectrum Value VI - вспомогательный вспомогательный   виртуальный   прибор, который  виртуальный который  возвращает значение спектра на определенной частоте. частоте. Этот прибор  прибор  оперирует любыми действительными значениями спектра. Эти выполняемые функции помогают  помогают  измерениям типа установления операционных отклонений (ODS ( ODS)) так же хорошо, хорошо, как и другим измерениям.   измерениям.

Получение спектра  спектра полосы частот  частот  Виртуальный прибор SVFA Get Spectrum Subset VI  –   вспомогательный

виртуальный   прибор, который  виртуальный который  возвращает часть  часть  спектра в определенном 109

 

анализ    Частотный анализ

диапазоне. С помощью этого виртуального прибора вы можете ограничить пределы наблюдения и обработки для желаемой полосы частот. частот .

Мощность  в полосе Мощность полосе  частот  Виртуальный прибор SVFA Power in Band VI измеряет общую мощность внутри определенного частотного диапазона. Таблица 1111-5 показывает уравнения для вычисления мощности в полосе, полосе , основанной на типе входного спектра. спектра. Таблица 11-5 11-5. Выражения мощности в полосе, основанные на входном типе данных   данных Тип входного спектра  спектра 

Уравнение для мощности в полосе частот  частот 

Спектр мощности (PS) (PS)

Спектральная плотность мощности (PSD) (PSD)

Амплитудный спектр (MS) (MS)

Где   Где ENBW –  ENBW  –  полоса пропускания эквивалентного шума  шума   df   –  –  частотное разрешение измерения  измерения  Используйте  экспресс Используйте  экспресс--прибор прибор Power  Power in Band Express VI для интерактивного конфигурирования вычислений мощности в  в  полосе частот. частот. Обратитесь Обратитесь   к  Главе   3, ЭкспрессГлаве Экспресс-измерения измерения,,  и  к  Справке  LabVIEW за дополнительной информацией об экспрессэкспресс-приборе приборе Power  Power in Band Express VI.

Поиск  пиков спектра Поиск Виртуальный прибор SVFA Spectrum Peak Search VI оперирует с амплитудой и спектром мощности. мощности . Этот Этот   прибор прибор   оценивает частоту и амплитуду тонов, которые удовлетворяют критериям исследования, исследования , указанных   в настройках  указанных настройках  входного параметра  параметра  peak search settings. Для ВП,  ВП,   распознающего   звук, спектр должен превысить   распознающего превысить  определенный порог. Установите порог в тех же единицах,  единицах, что и входной спектр.  спектр. 

110

 

анализ    Частотный анализ

Прибор SVFA Spectrum Peak Search VI использует алгоритм  алгоритм  для оценки  оценки   реальной   частоты  реальной частоты   и амплитуды  амплитуды  каждого тона, который удовлетворяет критериям поиска. Алгоритм также оценивает частоту и амплитуду тонов, тонов, которые не совсем периодичны внутри окна  окна   измерений. Способность обнаруживать непериодические тона, тона, которые не совсем укладываются в полосу,, позволяет вам использовать меньший  полосу меньший  размер блока, блока, более быстрое  быстрое  FFT-преобразование, FFTпреобразование,   и более  более  точно обнаруживать  обнаруживать  тона, тона,   представленные представленные   внутри спектра.  спектра.  Используйте  экспресс Используйте  экспресс--прибор прибор   Peak Search Express VI для интерактивного конфигурирования вычислений поиска пиков. пиков . Обратитесь Обратитесь   к  Главе Главе   3, Экспресс-измерения Экспрессизмерения,,  и  к  Справке Справке   LabVIEW  LabVIEW   за дополнительными сведениями об экспрессэкспресс-ВП ВП Peak  Peak Search Express VI.

Согласование размерностей  размерностей  Виртуальный прибор SVL Unit Conversion VI оперирует с комплексным, комплексным, амплитудным   спектрами и спектром мощности. амплитудным мощности. Вы можете использовать этот прибор, прибор, чтобы конвертировать комплексный  комплексный  спектр, полученный  полученный  при измерениях   искажений измерениях искажений   и однотональных  однотональных  измерениях, измерениях,   в амплитудный  амплитудный  или спектр мощности,  мощности,  больше подходящий  подходящий  для отображения на графическом индикаторе типа waveform graph. Вы также можете использовать утилиту преобразования для переключения  переключения  между амплитудным  амплитудным  спектром спектром   и спектром мощности, между линейным  линейным  и логарифмическим масштабами, масштабами, изменения базового уровня децибел для спектра, переключаться между единицами пиков среднеквадратического значения и полным размахом, размахом, переключаться между спектром и спектральной плотностью. пло тностью.   Замечание  Вы не можете использовать  использовать   прибор прибор   SVL Unit Conversion VI, VI, чтобы масштабировать данные в инженерные  инженерные  единицы измерения или изменить физические  физические  единицы   измерения спектра. Используйте браузер MAX, помощник DAQ Assistant, или единицы прибор   SVL Scale Voltage to EU VI для прибор для   масштабирования масштабирования   ваших ваших   данных данных   в соответствующие инженерные  инженерные единицы измерения. измерения. 

При  использовании При  использовании   прибора прибора   SVL Unit Conversion VI, входной параметр  параметр  параметра  converted desired scaling  определяет выходное значение параметра  spectrum. Вам не нужно выполнять преобразования единиц измерения на базовом уровне децибел. децибел. Базовый уровень  уровень  децибел всегда имеет такие же единицы измерения, измерения, что и преобразованный спектр. Например, Например , если у вас есть среднеквадратическое значение спектра в вольтах  вольтах   (Vrms), вы можете преобразовать его в значение мощности спектра, спектра, с базовым уровнем  уровнем  децибел   в 10 вольт (V децибел (V pk ), определением значения параметра desired scaling, показанного  в таблице 11-6: показанного 11-6:

111

 

анализ    Частотный анализ

масштабирования  Таблица 11-6 11-6. Желаемые параметры масштабирования  Желаемое масштабирование масштабирование  linear/decibels (линейный/децибел)) (линейный/децибел

dB (дБ (дБ))

dB reference (0: no change) (базовый уровень дБ (0: без изменения)) изменения) )

10

power/magnitude (мощность/амплитуда)) (мощность/амплитуда

 power (мощность (мощность))

View (вид)) (вид

 peak (пик (пик))

112

 

 

12 Анализ переходных процессов  процессов  В этой главе обсуждается выполнение анализа переходных процессов с  с  помощью виртуальных приборов палитры анализа переходных процессов Transient Analysis. Обратитесь к Справке  LabVIEW   за подробной информацией о каждом приборе анализа переходных процессов. процессов . На рисунке 1212-1 иллюстрирована  иллюстрирована  связь анализа переходных процессов с  с  процессом  акустических и вибрационных измерений. процессом измерений.

Рисунок 12-1 12-1. Связь анализа переходных процессов с общей картиной процесса акустических и вибрационных измерений  измерений 

Анализ переходных процессов с Sound and Vibration Toolkit Анализ переходных процессов –   это анализ нестационарных сигналов. сигналов . Виртуальные приборы палитры Transient Analysis предлагают 2 различных метода для извлечения информации о переходных процессах сигналов.

Используйте STFTSTFT-преобразование преобразование   для сигналов, сигналов, в которых

частотный

113

 

Анализ переходных процессов  процессов 

спектр меняется относительно медленно со временем. Используйте спектр возмущения  отклика (SRS возмущения (SRS)) для импульсных  импульсных сигналов. сигналов.   Вы можете использовать виртуальный прибор STFTSTFT-преобразования, преобразования, чтобы извлечь информацию о частоте как о функции времени прямо из интересующего сигнала. Результаты, Результаты, сгенерированные STFTSTFTпреобразованием,   обычно отображаются на индикаторах типа  преобразованием, типа   Waterfall Graph, SV Intensity Graph или Colormap. Виртуальный прибор STFT VI - это полиморфный прибор  прибор  с тремя реализациями, реализациями, которые вы можете использовать в зависимости от желаемого вида отображения. Обратитесь к Справке  LabVIEW   за информацией о графическом индикаторе Colormap и его узлах свойств. свойств. Вы можете использовать виртуальный прибор SVT Shock Response Spectrum VI для оценки резкости нарастания  нарастания  импульсного импульсного   сигнала. Результаты, Результаты, сгенерированные спектром возмущения отклика, обычно  обычно  отображаются на XY-графике XYграфике..

Выполнение STFTSTFT-преобразрования преобразрования  во во  времени времени   STFT-преобразование, доступное в Sound and Vibration Toolkit, может STFT-преобразование, вычислять множественные  множественные  преобразования Фурье  Фурье  на сигналах временной области с наложением или без него. него . Например, анализ формы сигнала за временной отрезок 10 с, полученных на Например, частоте 51200 51200 отсчетов/секунду. Здесь сигнал  сигнал  - это импульс с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ(ЛЧМ-сигнал) сигнал)  со следующими свойствами:  свойствами: 

   





Стартовая частота = частота = 10 Гц Гц   Конечная частота = 10000 10000 Гц Гц  

Рисунок 1212-2 показывает сигнал, сигнал, соответствующий первым 200 мс формы сигнала.. сигнала

Рисунок 12-2. Рисунок  12-2. ЛЧМ ЛЧМ--сигнал сигнал  

Рисунок 1212-3 показывает результаты применения FFTFFT -преобразования в

полосе модуляции  модуляции на всѐм сигнале. сигнале. 114

 

Анализ переходных процессов  процессов 

Рисунок 12-3. Рисунок  12-3. FFTFFT-преобразование преобразование в полосе модуляции для ЛЧМЛЧМ-сигнала сигнала   Замечание На этот сигнал не применялось никаких окон. окон. 

Спектр  плоский на частотах от  Спектр  от   10 Гц Гц   до до   10 кГц. На частотах выше 10 кГц был измерен только шум. К сожалению, сожалению , это измерение не обеспечивает никакой   информации о том, никакой том, как частотный спектр  спектр  сигнала сигнала   изменялся во времени. Однако STFTSTFT-преобразование преобразование   может обнаружить полезную информацию о временной зависимости частотного спектра. спектра. Вместо вычисления FFTFFT-преобразования преобразования   на всем наборе данных, вы можете  разделить набор данных на маленькие блоки и вычислить FFTпреобразование  этих маленьких блоков данных. Например, разделить сигнал преобразование в блоки по 100 мс  мс  и выполнить FFTFFT-преобразование преобразование   на каждом из этих блоков с  с помощью прибора SVT прибора SVT STFT versus Time VI. Разделите временной сигнал конфигурированием кластера параметров  time segment, отображенным на рисунке 12-4. параметров 12-4.

задания

отрезка   Рисунок 12-4. Рисунок  12-4. Кластер задания параметров временного отрезка  Задайте параметры  параметры  from [s]  и to [s]  каждый равный -1.00, чтобы весь сигнал использовать в вычислении STFTSTFT-преобразования. преобразования. В этом детальном  детальном  примере,, значение -1.00, установленное в  примере в  обоих обоих   параметрах параметрах   from [s]  и  to [s], эквивалентно установке  установке параметра from [s] в 0 и параметра to [s] в 10.

Создайте 100 мс  мс  приращения времени, времени, установив установив  параметр параметр  time increment в 

100.00  и  параметр параметр   time increment units (%) в  ms. 100 мс приращения

времени указывает прибору  прибору  SVT STFT versus Time VI, что необходимо 115

 

Анализ переходных процессов  процессов 

вычислять одно FFTFFT-преобразование преобразование каждые 100  100  мс. Установка  Установка  параметра параметра   time increment не зависит от выбора размера блока FFT.

Выбор размера блока FFT В дополнение  дополнение  ко  ко  временному сегменту, вы можете настроить размер блока FFT. Например, анализируйте ЛЧМЛЧМ-сигнал сигнал,, имеющий следующие свойства:  свойства:  

   





Стартовая частота = частота = 10 Гц Гц   Конечная частота = 10000 10000 Гц Гц  

Измерение выполняется с использованием следующих  следующих настроек: настроек:  

     

 



 



Время сбора данных = данных = 10 с   Частота дискретизации = 51200 отсчѐтов/с  отсчѐтов/с  Размер   блока Размер блока   FFT = 1024 отсчѐта отсчѐта,, или 512 линий  линий  (400 линий, свободных от алиазинга) алиазинга) Приращение времени = 100 мс мс  

Основанное на частоте отсчетов 51200  51200   Гц и 1024 отсчетах  отсчетах  FFTпреобразование   требует блока данных в 20 преобразование 20 мс, приводя к частотному частотному  разрешению в 50 50   Гц. Так как  как  приращение времени 100  100  мс, и 1024 отсчетов FFT-преобразования FFTпреобразования   требует блоков по 20  20   мс мс,, то то   только один блок из пяти используется для вычислений. Рисунок 1212 -5 показывает результаты, полученные с 1024 отсчетами FFTFFT-преобразования преобразования..

STFT-преобразование преобразование с использованием блока в 1024 отсчѐта  отсчѐта  Рисунок 12-5. Рисунок  12-5. STFTЕсли выбрать размер блока FFT 4096 4096 отсчетов или 1600  1600  линий без эффекта алиазинга, разрешение улучшается, улучшается, как показано  показано  на рисунке 1212-6. Однако, увеличенное разрешение вызывает увеличение расхода на  на   дополнительную обработку данных. данных.

116

 

Анализ переходных процессов  процессов 

Рисунок 12-6. Рисунок  12-6. STFTSTFT-преобразование преобразование с использованием блока в 4096 отсчѐтов   отсчѐтов

Перекрытие   Перекрытие Перекрытие –   метод метод,, который использует часть предыдущего блока  блока  данных, чтобы вычислить FFTFFT-преобразование преобразование   текущего блока данных.  данных.  При объединении с наложением окон, окон, перекрытие перекрытие  максимизирует использование полного набора данных. Если не использовать перекрытие, перекрытие , то то  часть сигнала, сигнала, близкая рядом к границам  границам   окна,   становится ослабленной ослабленной. . Ослабление Ослабление  сигнала с границами  границами окна может сильно привести к потере  потере  информации в  области рядом с  с границами границами  окна. Замечание  Установить желательный уровень перекрытия можно установкой значения % в параметре time increment units (%) управляющего элемента  элемента  time increment. Обратитесь к рисунку 1212 -4 за нахождением  нахождением  этого управляющего элемента. Отсутствие перекрытия   или 0% соответствует  перекрытия соответствует  приращению времени 100%. Перекрытие Перекрытие   75% соответствует приращению времени 25%. Перекрытие Перекрытие   50% соответствует приращению времени 50%, и так далее. Преимущество использования управляющего элемента задания   приращения времени в том, что  задания что  вы можете определить значения больше чем 100%. Например Например,, приращение времени 200% соответствует вычислению FFT на каждом следующем  блоке данных. следующем данных. 

Рисунок 1212-7 и рисунок 1212-8 иллюстрируют процесс перекрытия. Рисунок 12-7 127 показывает 50%  50% наложение. наложение.  

наложение   Рисунок 12-7 Рисунок  12-7. 50% наложение 117

 

Анализ переходных процессов  процессов 

Рисунок 1212-8 показывает результат подразделения, когда вы используете 50% наложение и окно Хэмминга.  Хэмминга. 

области   Рисунок 12-8. Рисунок  12-8. Подразделения сигнала во временной области 

Использование прибора SVT прибора SVT STFT versus Time VI Следующий пример иллюстрирует, иллюстрирует , как использовать  использовать  виртуальный прибор  прибор  SVT STFT versus Time VI. Рисунок 12-9 12-9 показывает блокблок-диаграмму. диаграмму.  

Рисунок 12-9. Рисунок  12-9. Использование прибора SVT прибора SVT STFT versus Time VI

Этот пример использует реализацию прибора  прибора  SVT STFT versus Time VI, создающую   двумерный массив, который может быть отображен создающую

непосредственно на  на  индикаторе индикаторе   SV Intensity Graph. Graph. Используйте индикаторы типа  типа  Colormap или или   Waterfall, Waterfall, если вы хотите отобразить 118

 

Анализ переходных процессов  процессов 

 результаты непосредственно на индикаторы Colormap или Waterfall, соответственно. Этот пример на рисунке 1212-9 получает 10  10  с  данных на частоте выборки 51.2 51.2 кГц. После масштабирования  масштабирования  сигнал подаѐтся на прибор  прибор  SVT STFT versus Time VI. Результат, отображаемый на  на  индикаторе индикаторе   SV Intensity Graph, показан  на рисунке 12-10. показан 12-10.

прибора SVT STFT versus Time VI Рисунок 12-10. Рисунок  12-10. График результата прибора SVT Замечание  Используйте свойства смещения и множителя  множителя  регулировки шкалы оси Х и оси Y, чтобы должным образом промасштабировать оси  оси   индикатора индикатора SV  SV Intensity Graph. В этом примере диапазон шкалы Х от 0 до 10 с. Дипазон шкалы Y от 0 до 25600 25600 Гц Гц   частоты Найквиста. Вы можете согласовать шкалу Z таким образом, чтобы были отображены только относящиеся к делу части сигнала. Другими словами, вы можете скрыть шум в отображенном сигнале повышением минимальной границы оси Z. Обратитесь к Справке Справке LabVIEW   LabVIEW  за информацией о свойствах смещения и множителя для графических индикаторов. индикаторов. 

Измерения спектра импульсного отклика Получение SRS-спектра Получение SRSспектра   осуществляется применением собранного ударного сигнала к ряду систем  систем  с единичной степенью свободы (SDOF). Постройте Постройте   максимальный отклик системы как частотный резонанс  резонанс  системы. Механическая система SDOF состоит из следующих компонентов:  компонентов: 

     

  

Масса, величина которой представлена переменной m  Пружина, жесткость которой  которой представлена переменной k   Амортизатор, коэффициент демпфирования которого  которого  представлен переменной c 

Резонансная частота,  f  N, и критический коэффициент демпфирования характеризуют SDOFSDOF-систему, систему, где :  : 

,

119

 

процессов  Анализ переходных процессов 

Для легкого демпфирования, где меньше или равен 0.05, пиковое значение частотного отклика имеет место в непосредственной близости к  f  N  и получается следующим уравнением, где Q - это резонансное усиление:  усиление: 

Рисунок 1212-11 иллюстрирует отклик SDOFSDOF-системы на импульс  импульс  полусинуса с ускорением амплитудой амплитудой    10g и периодом 10 мс. мс. график Верхний–   график показывает ускорение во  временной во  области. Средний отклик SDOF-системы SDOFсистемы с резонансной частотой 50  50 Гц. Последний график показывает отклик SDOFсистемы с резонансной частотой 150  150  Гц. В обоих случаях SDOF-системы  равен 0.05. 0.05.

SDOF-системы системы на импульс полусинуса  полусинуса   Рисунок 12-11. Рисунок  12-11. Отклик SDOFИспользуйте сигналы, показанные на рисунке 12-11, 12-11, для построения  построения  SRSспектра.. Например спектра Например,,  максимакс  максимакс,, абсолютный максимальный отклик вычисленного отклика сигнала удара по полной длительности сигнала использует абсолютный максимальный отклик системы как функцию

системы естественной частоты. Рисунок 12 12 иллюстрирует максимакс максимакс   SRS-спектра SRSспектра  для того же самого импульса имп ульса полусинуса.  полусинуса.  120

 

процессов  Анализ переходных процессов 

вычисленный  SRS-спектр SRS-спектр   зависит от импульса, использованного  использованного  Замечание  Каждый вычисленный  для выполнения этого измерения. измерения. 

Рисунок 12-12. Рисунок  12-12. SRSSRS-спектр спектр  импульса полусинуса (максимакс)  (максимакс) 

Вы можете использовать другие типы ударного спектра  спектра  в зависимости от приложения. Эти спектры включают начальный отклик импульса (удара) из отклика системы по окончании  окончании  импульса или из остаточного спектра импульса (удара) от отклика системы после импульса. импульса. Вы можете использовать положительное максимальное, отрицательное максимальное или абсолютное максимальное значение отклика сигнала. Пакет  Sound and Vibration Toolkit использует алгоритм Смоллвуда  Пакет  Смоллвуда   (Smallwood)) для вычисления SRS(Smallwood вычисления SRS-спектра спектра.. Виртуальный прибор SVT Shock Response Spectrum VI также предлагает возможность предварительной  предварительной  обработки сигналов временной области для улучшения  улучшения   результатов  результатов   SRSспектра. Вы можете удалить любую постоянную составляющую  составляющую   или применить ФНЧ с настраиваемой  настраиваемой частотой среза.  среза.  Виртуальный прибор SVT Shock Response Spectr um um VI может вычислить SRS-спектра SRSспектра   из абсолютного ускорения отклика или из относительного смещения отклика. Используйте  Используйте  входной параметр  параметр  model  прибора прибора   SVT

Shock Response Spectrum VI, чтобы выбрать соответствующий отклик. 121

 

процессов  Анализ переходных процессов 

Рисунок 1212-13 показывает использование прибора  прибора  SVT Shock Response Spectrum VI. Пример на рисунке 1212 -13 получает 1000 отсчетов данных из акселерометра за время удара. Сигнал удара управляет запуском сбора данных. Программа сохраняет 100 отсчетов, предшествующих сигналу запуска, для корректного сбора всего сигнала удара. удара .

Рисунок 12-13. Рисунок  12-13. Использование прибора SVT прибора SVT Shock Response Spectrum VI

Рисунок 12-1 12-14 4 отображает полученный сигнал во временной  временной  области и вычисленный SRSSRS-спектр спектр..

Полученный SRS SRS-спектр спектр (  (Максимакс Максимакс)) Рисунок 12-14. Рисунок  12-14. Полученный 122

 

 

13 Измерения  с помощью качающейся частоты  Измерения частоты  В этой главе  главе  обсуждается использование  использование  виртуальных приборов палитры  палитры  Swept Sine. Обратитесь к Справке  LabVIEW   за информацией о приборах палитры Swept палитры  Swept Sine. Используйте экспрессэкспресс-прибор Swept Sine Express VI из палитры Swept палитры Swept Sine (DAQmx), чтобы создать и интерактивно конфигурировать  конфигурировать   полноценные измерения с помощью качающейся частоты. частоты . Измерения с помощью качающейся частоты  частоты   включают динамические измерения для стимулирующего  стимулирующего  уровня, уровня  уровня  отклика, частотного отклика   (амплитуда отклика амплитуда   и фаза), фаза), THD, и индивидуальных  индивидуальных  гармонических гармонических   искажений.. искажений Рисунок 1313-1 иллюстрирует блокблок-схему алгоритма приложения, приложения, используемого  при выполнении измерений с помощью качающейся частоты. используемого частоты .

123

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

частоты  Рисунок 13-1 13-1. Процесс измерений с помощью качающейся частоты 

Краткий обзор  обзор измерений с помощью качающейся частоты  частоты  Технология измерений с помощью качающейся частоты предназначена для изучения   частотного изучения частотного   отклика объекта исследования. исследования. В измерениях этого  рода обычно используются два метода. метода. При первом  первом  методе методе   частота

медленно меняется по всему диапазону частот, подобно ЛЧМ сигналу. сигналу.

124

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

Рисунок 1313-2 показывает пример возбуждающего сигнала для этого метода измерений с помощью качающейся частоты. частоты . При втором методе частота меняется ступенчато. Рисунок 1313 -3 показывает пример возбуждающего  возбуждающего  сигнала для этого метода измерений. измерений. Реализация качающейся   частоты в  качающейся в  пакете пакете   Sound and Vibration Toolkit генерирует возбуждающий сигнал, который проходит через ряд тестовых частот, частот, наподобие сигнала  сигнала  на рисунке 1313-3. Оба метода могут давать близкие  близкие   результаты. Однако , они обладают существенными различиями в обработке  обработке    результатов Однако, измерения.

частоты   Рисунок 13-2. Рисунок  13-2. Пример сигнала с плавным изменением качающейся частоты 

к ачающейся частоты  частоты  Рисунок 13-3. Рисунок  13-3. Пример сигнала с пошаговым изменением качающейся Измерения частотного отклика  отклика  с помощью качающейся частоты  частоты  сравнивают отклик сигнала со стимулирующим сигналом для вычисления  вычисления   зависимости частотного отклика  отклика  объекта исследования. исследования. Амплитуда Амплитуда   зависимости частотного отклика эквивалентна  эквивалентна  коэффициенту усиления  усиления  и представляет собой отношение выходного уровня ко  ко   входному уровню для каждой тестовой   частоты. Фаза зависимости частотного отклика эквивалентна тестовой запаздыванию фазы, созданному объектом исследования  исследования   для каждой тестовой  частоты. тестовой Измерения с помощью качающейся частоты требуют источника сигнала. Стимулирующим сигналом  сигналом  всегда является однотональный сигнал, который

возбуждает объект исследования  исследования  на тестовой тестовой   частоте. частоте.   Благодаря Благодаря   стимулу стимулу      однотональному   сигналу однотональному сигналу,, анализ с помощью качающейся частоты  частоты  может 125

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

измерять гармонические искажения, искажения , одновременно измеряя линейный отклик.   отклик.

Выбор измерений на основе качающейся частоты или FFTпреобразования   преобразования  Частотный отклик объекта исследования обладает ценной информацией. информацией. Комплект Sound and Vibration обеспечивает два отличных метода для  измерения частотного отклика.Toolkit Измерение с помощью качающейся частоты частоты  выполняет однотональные измерения на каждой тестовой  тестовой  частоте. Метод, Метод, основанный   на FFTоснованный FFT-преобразовании, преобразовании,   измеряет отклик по всей  всей  полосе пропускания. Таблица 13-1 13-1 показывает основные отличия  отличия  между методом с помощью качающейся частоты  частоты   и методом,  методом,  основанным на FFTпреобразовании,  для вычисления частотного отклика.  преобразовании, отклика.  с FFTТаблица 13-1. Таблица  13-1. Различия измерений с качающейся частотой и с FFTпреобразованием   преобразованием Частотный отклик метода с качающейся частотой 

Частотный отклик метода с FFTс FFTпреобразованием 

Однотональное возбуждение  возбуждение  Возможность измерения гармоник  гармоник  Произвольные тестовые  тестовые частоты частоты   Большее время тестирования для большого количества тестовых  тестовых  частот   частот Возможность лучшего динамического диапазона  диапазона 

Широкополосное возбуждение  возбуждение  Невозможность измерения гармоник   гармоник Линейно протяженное частотное  разрешение    разрешение

Измерения с качающейся частотой предлагают превосходящий динамический диапазон, диапазон, чем у измерений,  измерений,  основанных на FFTпреобразовании,   потому что вы можете оптимизировать уровень сигнала и преобразовании, входного диапазона на каждой тестовой  тестовой  частоте. Основанные на FFTпреобразовании   методы должны определять уровень сигнала и входные преобразовании диапазоны, соответствующие максимальному широкополосному  широкополосному отклику отклику.. Рисунок 1313-4 показывает моделируемый функцией частотный отклик для четырех DOFDOF-систем. систем. Вершина на 17.6 Гц имеет значение примерно в 1000 1 000  раз большее, большее, чем на отметке 5.8 Гц. Для использования метода на основе FFT-преобразования FFTпреобразования   применяется применяется   широкополосное возбуждение, возбуждение, чтобы возбудить полный частотный диапазон частот, частот , требуемых требуемых   для измерения частотного отклика. Эта ситуация заставит вас установить входной диапазон таким образом, чтобы полный отклик не перегрузил объект исследования  исследования  или устройство  устройство  сбора данных. Поэтому, когда вы измеряете отклик на частоте 5.8 Гц, вы теряете 60  60  дБ динамического диапазона  диапазона  измерений измерений.. Метод   с использованием качающейся частоты  Метод частоты   позволяет вам приспособить амплитуду возбуждения к определенной тестовой  тестовой  частоте, сохраняя полный динамический диапазон измерений.  измерений. 

126

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

FFT-преобразованием преобразованием   Рисунок 13-4. Рисунок  13-4. Измерения с качающейся частотой и FFTИзмерения, основанные на FFTFFT-преобразовании, преобразовании,   ограничены линейнолинейнопротяженным частотным разрешением, разрешением, определяемым частотой дискретизации и размером  размером  блока. Обратитесь  Обратитесь  к Главе 11, Частотный анализ,,  за дополнительной  анализ дополнительной  информацией об измерениях, основанных на FFT-преобразовании FFTпреобразовании.. Когда отклик быстро меняется, это частотное  разрешение   может не дать достаточной   разрешение достаточной  информации о динамическом отклике. Также, линейное разрешение может дать чрезмерное количество информации в частотной области, где динамический отклик относительно постоянен. Анализ с помощью качающейся частоты  частоты   имеет способность проверять произвольные частотные  частотные   разрешения: линейные, линейные, логарифмические   или адаптированые  логарифмические адаптированые  к динамическому отклику объекта исследования. Когда частотное разрешение  разрешение приспособлено приспособлено  к динамическому отклику объекта исследования, исследования, вы можете тестировать больше частот в областях, где динамический отклик интересен вашему приложению, приложению , и меньше частот, где не интересен. Главная выгода от анализа с помощью качающейся частоты - это способность измерять гармонические искажения одновременно с линейным откликом. Анализ Анализ, ,   основанный основанный    на   измерений FFT-преобразовании, FFTпреобразовании,    предлагает большую выгоду  выгоду   для для  широкополосных  широкополосных со многими тестовыми   тестовыми  частотами.   частотами.

Проведение измерений с качающейся частотой  частотой  Используйте виртуальный прибор SVT Initialize Swept Sine VI, чтобы создать новую задачу измерений с качающейся частотой  частотой  для указанного устройства, исходные настройки каналов и настройки каналов получения. Измерения с качающейся частотой  частотой  в Sound and Vibration Toolkit поддерживают только измерения на одиночных  одиночных   устройствах с входными и выходными возможностями. Используйте приборы Configure Swept Sine VIs, чтобы сконфигурировать масштабирование, тестирование частот,  частот,  усреднение, задержки и другие настройки измерений. Эти виртуальные приборы конфигурации позволят

вам управлять основными и дополнительными параметрами измерений. Порядок,, в котором вы размещаете виртуальные приборы конфигурации, Порядок конфигурации , 127

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

важен, так как это позволит вам настроить измерения с качающейся частотой. Например, вы можете легко сгенерировать 100 логарифмически  расположенных тестовых частот  частот  в аудио диапазоне, затем применить инверсное АА-взвешивающее масштабирование к уровню возбуждения простым добавлением кода, подобного тому,  тому,  что на рисунке 13-5, 13-5, в ваших приложениях измерений с качающейся частотой.  частотой.  

Рисунок 13-5. Рисунок  13-5. Настройка измерения с качающейся частотой  частотой  

Вы можете использовать виртуальные приборы настройки измерений с качающейся частотой, чтобы настроить ваши приложения  приложения   подобных измерений. Например, чтобы ускорить измерения  измерения   с качающейся частотой, частотой, уменьшите время установки  установки  и время интегрирования, интегрирования, определяемое прибором   SVT Set Swept Sine Averaging VI. Вы также можете прибором сконфигурировать возбуждение устройства  устройства  интегрированного электронного пьезоэлектрика (IEPE) с помощью прибора SVT Set Swept Sine Coupling and IEPE Excitation (DAQmx) VI. Вы также можете уменьшить  уменьшить  входное значение параметра  block duration прибора SVT Set Swept Sine Block Duration VI. параметра Замечание  Минимальная продолжительность блока ограничена способностями компьютера обрабатывать измерения. Очень маленькая продолжительность блока может быть результатом потери непрерывной обработки, вызванной остановкой измерений с качающейся частотой и возвратом ошибки. ошибки. 

Используйте прибор SVT Start Swept Sine VI, VI, чтобы начать генерирование и сбор данных. Первоначально этот виртуальный прибор заполняет выходной буфер устройства  устройства  нулями перед записью первого возбуждения тестируемой частоты. Прибор SVT Swept Sine Engine VI непрерывно получает данные и обрабатывает их, чтобы удалить отсчеты, отсчеты , полученные в течение  течение  задержек, переходов, и периодов установления. Прибор SVT Swept Sine Engine VI выполняет анализ измерений на отсчетах, полученных в течение периодов  периодов  интегрирования.. Виртуальный прибор SVT Swept Sine Engine VI обновляет интегрирования возбуждения,  чтобы возбудить объект исследования на  возбуждения, на  следующей тестовой частоте  после интегрирования  частоте интегрирования достаточных данных на текущей тестируемой частоте.   частоте. Замечание  Переход к следующему возбуждающему тону, и частота и амплитуда, амплитуда , всегда производится на пересечении ноля, чтобы минимизировать переходные процессы

в объекте исследования. исследования. 

Используйте приборы Read Swept Sine Measurements VIs для чтения  чтения  необработанных   измерений необработанных измерений,, масштабирования измерений  измерений  и выполнения  выполнения  дополнительных   преобразований, чтобы отобразить и представить  дополнительных представить   данные в 128

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

желаемой форме. Используйте виртуальный прибор SVT Close Swept Sine VI для останова генерирования и сбора данных и уничтожения задачи измерения с качающейся частотой. частотой .

Пример измерения с качающейся частотой  частотой  Этот пример приложения с использованием качающейся частоты, измеряющего частотный  частотный  отклик и гармонические искажения  искажения   узкополосного  режекторного фильтра. В этом примере устройство NI устройство  NI PXIPX I-4461 4461 генерирует сигнал возбуждения  возбуждения и получает сигналы стимула и отклика. отклика. Рисунок 1313-6 иллюстрирует схему  схему  соединений, использованную в этом примере для измерения динамического  динамического  отклика объекта исследования с использованием качающейся частоты. Полученный сигнал стимула  стимула   на аналоговом входном канале 0,  0,  AI0, является сгенерированным  сгенерированным  сигналом возбуждения на  на аналоговом аналоговом  выходном канале 0, АО0.  АО0. 

Рисунок 13-6 13-6. Схема соединений при измерениях с помощью качающейся частоты  частоты  

Модуль ввода/вывода  NI PXI-4461 PXI-4461 преобразовывает желаемый  желаемый  сигнал стимула из  из цифровых данных в аналоговый сигнал и выводит этот  этот  сигнал на выход АО0.  АО0.  Сигнал возбуждения соединѐн  соединѐн  и со входным каналом AI0 стимула и со  со  входным терминалом объекта исследования. исследования. Сигнал отклика  отклика  передаѐтся   с выходного  передаѐтся выходного  терминала объекта исследования  исследования  во входной канал отклика AI1. отклика  AI1.

Объект исследования в  в  этом примере - это узкополосный режекторный фильтр с центральной частотой 1 частотой 1 кГц. 129

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

Рисунок 1313-7 показывает блок диаграмму ВП примера SVXMPL_Swept Sine FRF DAQmx VI, который поставляется вместе с  с  пакетом Sound and Vibration Toolkit.

130

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

   I    V   x   m    Q    A    D    F    R    F   e   n    i    S    t   p   e   w    S _    L    P    M    X    V    S   а   р   е   м   и   р   п      П    В   а   м   м   а   р   г   а   и   д     к   о   л    Б  .         7     -

   3    1   к   о   н   у   с   и    Р

131

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

Таблица 1313-2 описывает действия, действия, выполняемые виртуальными приборами  приборами  на рисунке 1313-7. Некоторые шаги требуются и должны быть выполнены для корректного выполнения виртуального прибора. Дополнительные шаги позволят вам настроить ваше измерение.  измерение.   частотой   Таблица 13-2 13-2. Этапы измерения с помощью качающейся частотой  Номер этапа   этапа

Описание   Описание

Необязательный   Необязательный  или требуемый  требуемый 

1

Инициализация измерения с качающейся частотой указанием  аппаратных устройств и настроек каналов. указанием каналов .

Требуемый   Требуемый

2

Установка масштабирования, масштабирования, которое будет применено к полученным данным стимула  стимула  и отклика. отклика.

Необязательный   Необязательный

3

Конфигурирование источника установкой тестовых  тестовых  частот, амплитуды и наличия  наличия или отсутствия  отсутствия  автоматического перезапуска по завершении.  завершении. 

Требуемый   Требуемый

4

Задание установок и параметров  Задание  параметров интегрирования интегрирования  для предоставления  вам достаточного  предоставления достаточного времени времени   установления объекта исследования до измерений,

Требуемый   Требуемый

выполняемых на новой тестовой  тестовой частоте и достаточного времени интегрирования для достаточного  достижения желаемого  желаемого уровня точности. точности. 5

Установка входного Установка  входного  терминала block duration для  измерений, которые будут настолько малы, малы, чтобы получить разумный период времени испытания, испытания, и настолько велики, велики, чтобы не подвергнуть тестовый компьютер риску  риску быть неспособным  неспособным непрерывно генерировать и считывать сигналы. Чем меньше  меньше   размер блока, тем  тем быстрее быстрее  качающаяся частота переходит  с одной тестовой частоты на другую. переходит другую .

Необязательный   Необязательный

6

Детально установите частоту дискретизации  дискретизации для измерения.  Частота измерения.  Частота дискретизации  дискретизации выбирается выбирается   автоматически, если этот виртуальный прибор не используется.. И для входных и для выходных каналов  используется каналов  используется  одна и та же частота. используется частота.

Необязательный   Необязательный

7

Установка входного параметра propagation time, Установка  зависящего от используемого DAQDAQ-устройства устройства.. Вы Вы   можете измерить время распространения устройства,  устройства,   используя прибор SVL прибор SVL Measure Propagation Delay VI. Обратитесь к Главе 4,  4,  Масштабирование Масштабирование и калибровка,, за дополнительной  калибровка дополнительной информацией. информацией.  

Необязательный   Необязательный

8

Конфигурирование измерения гармонических Конфигурирование  искажений определением максимальной  максимальной гармоники, используемой для вычисления THD. вычисления THD. Только для тех  тех  гармоник, которые  которые определены в  в массиве массиве  harmonics

Требуемый, если выполняются измерения искажений   искажений

to visualize, будут возвращены их  их индивидуальные компоненты.   компоненты.

132

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

Номер этапа   этапа

Описание   Описание

Необязательный   Необязательный  или требуемый  требуемый 

9

Запуск качания частоты для выполнения  выполнения  конфигурирования  аппаратных устройств и  конфигурирования и начало начало   входной  и выходной  входной выходной задач. Синхронизация каналов выполняется  внутри этого виртуального прибора. выполняется прибора .

Требуемый   Требуемый

10

Генерация возбуждения Генерация  возбуждения  и получение данных стимула и отклика на каждой тестовой частоте. частоте.

Требуемый   Требуемый

11

Преобразование необработанных Преобразование  необработанных  данных в указанный  указанный  формат,, пригодный для  формат для отображения отображения  и представления  представления   результатов  измерений  результатов измерений..

Требуемый   Требуемый

12

Останов измерения  измерения с качающейся частотой  частотой и очистка выходной  и входной  выходной входной задач задач  для освобождения DAQосвобождения DAQустройства.. устройства

Требуемый   Требуемый

Цикл While Loop на рисунке 1313-7 управляет синхронизацией генерирования и сбора данных. данных. Элементы управления и индикаторы на дисплее  дисплее   обновляются   внутри обновляются внутри   цикла While Loop. Этот цикл дает возможность отображения  промежуточных результатов. отображения Многие из ступеней таблицы 13-2 13-2 являются ступенями конфигурации. Благодаря   виртуальным Благодаря виртуальным   приборам приборам   конфигурирования измерений  измерений  с качающейся частотой пакета  пакета  Sound and Vibration Toolkit, вы можете устанавливать дополнительные  дополнительные  параметры параметры   конфигурации, чтобы достигнуть хорошего контроля параметров измерений с качающейся частотой. Для многих приложений достаточно двух или трех виртуальных приборов конфигурирования.. конфигурирования Важно учитывать  учитывать  задержку распространения для DAQDAQ- или или DSA DSA-устройств. устройств.   Эта задержка зависит от  от   устройства, используемого  используемого  для выполнения измерений. Чтобы определить задержку распространения устройства, обратитесь к документации или измерениям задержки с помощью прибора SVL Measureустройства Propagation Delay VI. Обратитесь Обратитесь    к  Главе Главе 4,  4,  Масштабирование и калибровка  Масштабирование калибровка,,  за дополнительной информацией о приборе SVL приборе  SVL Measure Propagation Delay VI. Рисунки с 13-8 по по   13-11 13-11 отображают результаты измерений, полученных с помощью ВП  ВП  примера примера SVXMPL_Swept  SVXMPL_Swept Sine FRF DAQmx VI. Рисунок 13-8 13-8 показывает график во времени сигналов стимула  стимула   и отклика  отклика  для тестовой частоты 138.49 Гц. Гц.  Из данных во временной области вы можете увидеть, увидеть , что узкополосный режекторный фильтр ослабил  ослабил сигнал и внѐс  внѐс фазовый сдвиг.  сдвиг. 

133

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

области  Рисунок 13-8. Рисунок  13-8. Результаты во временной области  Рисунок 1313-9 показывает величины и фазы  фазы  откликов откликов    режекторного узкополосного фильтра на всех тестовых  тестовых частотах в амплитудном и фазовом спектре на графике Боде. Боде.

Рисунок 13-9. Рисунок  13-9. Амплитуда и фаза отклика для 1 кГц полосового фильтра  фильтра 

В дополнение к измерению  измерению  частотного частотного   отклика, этот пример одновременно измеряет гармоническое  гармоническое искажение искажение  на каждой тестовой  тестовой частоте. Рисунок 131310 показывает график THD в зависимости от частоты.  частоты.  

134

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

Рисунок 13-10. Рисунок  13-10. График THD в зависимости от частоты  частоты  

Вы предполагали увидеть пик THD на частоте режекции.  режекции.  Пик вызван подавлением   собственной подавлением собственной   частоты частоты   на частоте режекции. Однако график показывает, что измерение сорвалось  сорвалось   в  точном точном   установлении установлении   мощности мощности   в компонентах гармонических искажений. Например, Например , на рисунке 13-10 13-10 значение параметра  параметра  integration cycles  равно двум. двум. Для выполнения  выполнения  точных точных   измерений гармонических искажений должно быть определено большее количество циклов интегрирования. Если вы измените количество циклов интегрирования на 10 и снова запустите  запустите  пример, вы получите результаты THD в зависимости от  от частоты, отображенные на рисунке 13-11. 13 -11.

135

 

Измерения с помощью качающейся частоты  Измерения  частоты 

Рисунок 13-11. Рисунок  13-11. Результаты измерения THD в частотной области  области 

Теперь, с достаточным количеством установленных циклов интегрирования, Теперь, вы   можете увидеть характеристику пика в THD на центральной частоте вы узкополосного режекторного фильтра.  фильтра. 

136

 

 

14 Измерения искажений  искажений  В этой главе обсуждается использование виртуальных приборов палитры Distortion.. Обратитесь к Справке Distortion Справке LabVIEW   LabVIEW   за за   дополнительной дополнительной   информацией о каждом виртуальном приборе палитры Distortion. Используйте  экспресс Используйте  экспресс--ВП Tone Measurements Express VI, чтобы создать и интерактивно сконфигурировать измерения искажения  искажения и оценки канала.  канала. 

Определения переменных  переменных  В уравнениях этой главы, переменные определяются следующим образом: образом:  F  это среднеквадратичное значение (RMS) (RMS) основного основного  тона тона    К  это максимальная гармоника в полосе  полосе пропускания измерения  H i это RMSRMS-значение значение уровня  уровня i-й гармоники, где i - целое число от 2 до К  до К    N  это RMSRMS-значение значение  уровня шума  шума 

Рисунок 1414-1 показывает  показывает  соотношение соотношение   анализа анализа   искажений с общим  общим  процессом  акустических и вибрационных измерений. процессом измерений.

137

 

искажений  Измерения искажений 

Рисунок 14-1 14-1. Связь анализа искажений и общего процесса акустических и

вибрационных измерений  измерений 

Сигнал в шуме и искажении (SINAD) искажении (SINAD) Эта глава детально описывает виртуальный прибор SVT SINAD VI. Значение SINAD определяется следующим уравнением:  уравнением: 

Виртуальный прибор SVT SINAD VI распознает основной тон и эффективно удаляет основной тон из входного сигнала  сигнала   для измерения  измерения  мощности мощности   гармоник и шума. Виртуальный  Виртуальный  прибор прибор   автоматически распознает звук с наибольшей амплитудой как основной  основной  тон, пока вы не свяжете входной

параметр expected fundamental frequency [Hz]  с каким либо значением. значением.

138

 

искажений  Измерения искажений 

Вы можете указать  указать  частотный диапазон, диапазон, чтобы повысить качество измерения. Измеренная мощность в полном сигнале распределяется  распределяется   от края до края полной  полной  полосы пропускания измерения вследствие  вследствие  шума в измеренном сигнале. Вы можете ограничить измерение определѐнным  определѐнным  диапазоном частот, с исключением  исключением низкочастотного низкочастотного  шума шума  или исключением  исключением  высокочастотного   шума высокочастотного шума   выбором соответствующего частотного диапазона. Например,, если вы хотите точно исключить мощность постоянной Например составляющей из измерения, вы должны установить стартовую частоту по крайней мере на 8( 8(df ), ), где df   - это частотное разрешение  разрешение  FFTпреобразования,  используемого преобразования,  используемого   прибором SVT SINAD VI. Если интересующие частотные компоненты ниже 8( 8(df ) не являются постоянной составляющей,, уменьшите составляющей уменьшите   df   увеличением увеличением   длительности длительности   измерения. Используйте следующее уравнение, уравнение , чтобы определить соотношение между df  и длительностью измерения, где Т   - длительность измерения:  измерения: 

Пример, приведенный Пример, приведенный   на на   рисунках  рисунках   14-2 14-2 и 14-3, 14-3, показывает показывает,, как вы можете эффективно удалить мощность  мощность  постоянной составляющей из измерения и при этом  этом измерить SINAD с низкой частотой тестового  тестового сигнала. сигнала.  

Рисунок 14-2. Рисунок  14-2. Удаление напряжения постоянной составляющей из низкочастотного SINADизмерения   измерения

Виртуальный прибор на рисунке 14-2 14 -2 –   –   измененная версия  версия  прибора примера  примера  SVXMPL_One Shot Gain and Distortion (Traditional DAQ) из из   состава пакета Sound and Vibration Toolkit. Рисунок 1414-2 2 использует тот же самый сигнал возбуждения с одиночным  одиночным  тоном тоном   и сбор данных с конечной выборкой, выборкой, использованные   в ВП примера. Однако  использованные Однако  прибор прибор   SVT SINAD VI заменяет приборы SVT Gain и SVT THD and Harmonic Components, использованные в примере. Дополнительный контроль  контроль   частотного диапазона позволит вам управлять полосой пропускания SINADSINAD-измерения. измерения. Вы можете использовать виртуальные приборы на рисунке 14-2, 14-2, чтобы

измерить SINAD для левого канала устройства, подобного двухканальному аудиоэквалайзеру. В этом примере настройки уровня левого канала установлены на 0 дБ для всех доступных октавных полос. Результат 139

 

искажений  Измерения искажений 

измерения, отображенный на рисунке 14-3, измерения, 14-3, соответствует соответствует   времени интегрирования 1 с, когда результат обладает частотным разрешением в 1 Гц. Начальная  Начальная  и конечная  конечная  частоты установлены на 20  20  Гц и 20  20  кГц, соответственно. Частота звука, использованного в опыте, равна  равна   400 Гц. С этими настройками SINADSINAD-измерение включает весь звуковой диапазон и предотвращает влияние мощности постоянной составляющей на получение  получение    результата  недостаточной точности.  результата точности.

SINAD-измерения измерения Рисунок 14-3. Рисунок  14-3. Передняя панель прибора SINADПолученное значение SINAD для левого канала аудио эквалайзера равняется 73.4 дБ дБ,, диапазон 20 Гц– 2 20 0 кГц, тестовая амплитуда 2 Vpk , тестовая частота 400 Гц и  и единичное усиление. усиление.

Общие гармонические искажения +  + шум (THD+N) (THD+N) Вы можете определить THD+N в следующем виде: виде:

Альтернативно, другие следующего уравнения:  уравнения: 

источники

определяют

THD+N

с

помощью

140

 

искажений  Измерения искажений 

Когда основной тон доминирует в сигнале, эти два определения являются эквивалентными. Пакет Sound and Vibration Toolkit использует определение в уравнении 1414-1. В этом уравнении мощность в гармонических компонентах и шуме поделена на  на полную мощность сигнала  сигнала для вычисления  вычисления  THD+N. Обратите внимание, что когда вы используете определение в уравнении 14 1, THD+N является инверсией SINAD. Когда эти измерения выражены в децибелах, THD+N отрицателен относительно SINAD. относительно SINAD. Функция THD+N пакета Sound and Vibration Toolkit выделяет основную  основную  частоту   и эффективно удаляет еѐ  частоту еѐ  из входного сигнала для  для   измерения измерения   мощности   гармоник и шума. мощности шума. Виртуальный прибор автоматически определяет тон с наивысшей амплитудой как основной тон, тон , если вы не задаѐте значение входного параметра  параметра expected fundamental frequency [Hz]. Укажите   диапазон частот для улучшения  Укажите улучшения  качества качества   измерения. измерения.   Измеренная мощность полном сигналешума распределена по всей  всей   полосе полосе   пропускания измерения вкак результат в измеренном  измеренном   сигнале. Вы можете ограничить диапазон частот измерения, чтобы исключить низкочастотный шум   или исключить  шум исключить  высокочастотный шум, выбором соответствующего частотного диапазона. Например, если вы хотите специально  специально  исключить мощность постоянной составляющей  составляющей  из измерения, вы должны установить начальную   частоту на 8(df  начальную 8(df ). ). Если интересуют  интересуют  частотные компоненты ниже 8( 8(df  df )),, не являющиеся постоянной составляющей, уменьшите df   увеличением увеличением   длительности  измерения. длительности измерения.  

Общие гармонические искажения (THD) искажения (THD) Эта часть главы предоставляет дополнительную  дополнительную   информацию информацию   об общих гармонических искажениях в(THD). (THD). THD - это обычно уровеньвыражается нежелательных гармоник.. присутствующих гармоник звуковом сигнале, в дБ. THD вычисляется по следующей формуле: формуле :

Прибор SVT THD and Harmonic Components VI обнаруживает основной тон  тон  и эффективно исключает его  его  из входного сигнала до обнаружения гармоник в сигнале. Исключение звука до обнаружения гармоник позволит вам точно измерить амплитуду сигнала в середине гармоники. Виртуальный  Виртуальный   прибор прибор   обнаруживает тон  тон  с наивысшей  наивысшей  амплитудой как основной тон, тон, пока вы не зададите   значение входного параметра  зададите параметра  expected fundamental frequency [Hz]. Величина THD включает только энергию гармоник и не включает энергию

широкополосного шума. Поэтому измеренный THD измеренный THD+N для одного и того  того же входного сигнала.

меньше

чем

141

 

искажений  Измерения искажений 

Прибор SVT THD and Harmonic Components VI позволяет вам установить  установить  входной параметр  параметр  maximum harmonic,  используемый используемый   для для   вычисления величины THD THD.. Вы можете подать значение  значение   -1  на на   этот этот   вход вход,, чтобы включить все гармоники вплоть до  до  частоты Найквиста. Если  Если  входной параметр   maximum harmonic к этому виртуальному прибору больше, параметр больше , чем частота Найквиста, функция использует все гармоники вплоть до  до   частоты Найквиста и возвращает предупреждение с кодом 1947. Это предупреждение сообщает о коррекции значения максимальной гармоники. гармоники . Вы можете увидеть любую из измеренных  измеренных   гармоник, устанавливая желаемую гармонику как массив, подаваемый на входной параметр  параметр  harmonics to visualize. Если вы подаѐте  подаѐте   одноэлементный массив со значением   -1  в первом элементе к этому входному параметру, все значением измеренные гармоники будут поданы на выходной терминал  терминал   harmonic components . Рисунок 1414-5 и Таблица 1414-1 показывают значение спектра, измеренное  измеренное   усиление,, величину THD+N, и  величину THD левого канала  усиление канала   такого же двухканального аудиоэквалайзера, который  который  использовался для примера на  рисунке 14-3. 14-3. Виртуальный прибор на рисунке 1414-4 использует виртуальный прибор примера SVXMPL_One Shot Gain and Distortion VI, модифицированный добавлением прибора  прибора  SVT THD+N VI. В секции  секции  анализа измерений этого виртуального прибора, звуковые измерения применяются последовательно к этому же самому каналу. Прибор Scale to EU VI масштабирует данные временной области в инженерные  инженерные  единицы измерения. Прибор Gain VI вычисляет комплексный спектр и измеряет усиление. Прибор SVT THD+N VI затем использует спектр, чтобы вычислить THD+N. Виртуальный прибор SVT THD and Harmonic Components VI использует тот же самый спектр, чтобы вычислить THD, THD, и  прибор прибор   Unit Conversion VI преобразовывает  преобразовывает  комплексный  спектр в амплитудный спектр для отображения. комплексный Этим способом вы можете выполнить несколько звуковых измерений последовательно для получения  получения преимуществ приборов палитры  палитры Distortion и палитры Single Tone Measurements. Эти виртуальные приборы принимают форму сигнала или сложный спектр и их полиморфичность  полиморфичность   допускает многократный анализ измерений виртуальных приборов, выполняемый  выполняемый   последовательно с данными  данными  без пересчѐта  пересчѐта  любого дополнительного FFTпреобразования.. преобразования

142

 

искажений  Измерения искажений 

искажений  Рисунок 14-4. Рисунок  14-4. Прибор тестирования искажений  Рисунок 1414-5 отображает измеренный  измеренный  спектр значений теста  теста  искажений искажений.. Основная частота 1000  1000  Гц четко видна сопровождением множественными гармониками,, кратными гармониками кратными  1000. Обратитесь к таблице 1414-1 за дополнительной информацией.. информацией

Рисунок 14-5. Рисунок  14-5. Измеренный амплитудный спектр теста искажений  искажений 

Таблица 1414-1 указывает результаты измерений теста  теста  искажений. искажений.  

143

 

искажений  Измерения искажений 

искажений   Таблица 14-1. Таблица  14-1. Результаты измерений теста искажений  Величина   Величина

Значение   Значение

Основная частота  частота 

1000 Гц  Гц 

Амплитуда на основной

1.82 V pk  

частоте   частоте Усиление   Усиление

-0.80 дБ  дБ 

THD+N

-71.69 дБ  -71.69 дБ 

THD

-76.16 дБ  -76.16 дБ 

Вторая гармоника  гармоника 

0.000021 V pk  

Третья гармоника  гармоника 

0.000120 V pk  

 Четвѐртая гармоника  гармоника 

0.000040 V pk  

Пятая гармоника  гармоника 

0.000059 V pk  

Рисунок 14-5 14-5 показывает, показывает,   насколько насколько   измеренное значение  значение  THD ниже ниже,, чем значение THD+N на той же полосе частот  частот  от от   20 Гц до 20 кГц. Это отношение всегда выполняется, потому что измерение THD+N включает как энергии в гармониках, гармониках, так и энергию шума. шума.

Отношение  сигнал/шум Отношение сигнал/шум (SNR)  (SNR) Эта глава  глава  предоставляет дополнительную информацию  информацию  о  приборах приборах   SVT SNR without Harmonics VI и SVT Idle Channel Noise VI. SNR определяется в соответствии с  с уравнением уравнением::

В этом определении SNR эквивалентно измерению шума в присутствии сигнала.   сигнала. Вы можете аппроксимировать SNR для сигналов, в которых  которых  преобладает основной тон. Для этих сигналов значение SNR высоко  высоко   и приблизительно соответствует инверсии  инверсии разницы   разницы между THD+N и THD. и THD. 

Используйте результаты SINAD, возвращенные прибором SVT SINAD VI, если вам нужно, нужно, чтобы гармоника основного тона была исключена в вычислениях SNR. Это измерение почти эквивалентно измерению  измерению 

динамического  диапазона динамического  диапазона.. Разница заключается  заключается  в том, что динамический диапазон является свойством канала и обычно измеряется с базовым 144

 

искажений  Измерения искажений 

уровнем  –  уровнем  – 6 60 0 дБ полной шкалы,  шкалы, а SNR является свойством сигнала и обычно измеряется с базовым уровнем 0 уровнем 0 дБ полной шкалы. шкалы. Некоторые спецификации вызываются для измерений SNR в двухшаговом  двухшаговом  процессе,   посредством чего вы измеряете полномасштабный уровень с процессе, присутствующим   сигналом присутствующим сигналом,, а затем вычисляете шум без участия сигнала. Измеряйте полномасштабный уровень и затем используйте прибор SVT Idle Channel Noise VI для для  вычисления вычисления  величины SNR без присутствия сигнала.  сигнала.  

Интермодуляционные искажения (IMD) искажения (IMD) Искажения взаимного  взаимного  влияния каналов (IMD) (IMD) - это другой вид  вид  искажений, вызванный нелинейностью объекта исследования. Измерения IMD используют двухтональный тестовый сигнал, составленный из низкочастотного тона  f 1  и высокочастотного тона  тона  f 2. Когда двухтональный сигнал поступает на  на  нелинейное нелинейное   устройство, выход устройства будет содержать компоненты взаимного влияния компонент  компонент   f  f 1  и  f 2, определяемые как  m( f  как  f 2) 2) ± n( f   f 1), 1), где m и n - целые числа. IMD часто используют для измерения  измерения   искажений искажений   объекта исследования,  исследования,  близких   к верхней  близких верхней  границе границе   полосы пропускания  пропускания  объекта исследования  исследования  или измерительной   системы. Вы также можете устроить испытание так, чтобы измерительной многие компоненты IMD обнаружились обнаружились  в пределах полосы пропускания. Измерения IMD диктуются диктуются   стандартом IMD, использованным для измерений.   Существует измерений. Существует   несколько стандартов конфигураций для IMDизмерений,   и  эти конфигурации используют один или два типа тестовых измерений, сигналов IMD сигналов  IMD.. В первом типе  типе  тестовых сигналов IMD сигналов IMD используется сигнал  сигнал с низкочастотным тоном модуляции и высокочастотным несущим звуком, звуком , компоненты взаимного влияния каналов проявляются  проявляются   как полосы вокруг высокочастотного несущего звука.  звука.  На рисунке 1414-6 показаны боковые  боковые  полосы вокруг 8  8  кГц несущей частоты, частоты, вычисленные по следующему уравнению:  уравнению: 

Рисунок 14-6. Рисунок  14-6. Тестовый сигнал IMD с боковыми полосами высокочастотной несущей частоты  частоты 

145

 

искажений  Измерения искажений 

Во втором типе тестовых сигналов IMD проверяют сигналы с двумя близко  расположенными тонами около высокочастотной границы полосы пропускания   измерения, компоненты взаимного влияния каналов пропускания проявляются как кратные разницы частот, вычисленные  вычисленные   по следующему уравнению:   уравнению:

Рисунок 1414-7 показывает типичный  типичный  спектр тестового сигнала IMD. Компоненты взаимного влияния каналов кратны  кратны  1000 Гц, разнице частот частот   между тонами 11 кГц и 12  12 кГц. кГц.  

Рисунок 14-7. Рисунок  14-7. IMDIMD-компоненты компоненты как кратные  кратные разницы  разницы частот  частот 

IMD-измерения определяются  IMD-измерения определяются  несколькими стандартами. Каждый из  из  этих стандартов имеет специфические преимущества и недостатки при обнаружении   искажения. Стандарты, соответствующие тестовые  обнаружении тестовые   сигналы и типичные случаи использования показаны  показаны  в таблице 14-2. 14-2. IMD-стандарты стандарты и типичные применения  применения   Таблица 14-2. Таблица  14-2. IMDСтандарт IMD

Тестовый сигнал соотношение)   (  f  f 1, f 2, соотношение)

Типичное применение  применение 

SMPTE/DIN

(60, 7000, 4) (250, 8000, 4) или другие  другие 

Возбуждение низкочастотных механизмов искажения (таких как термальное искажение в усилителях  усилителях  мощности)   мощности) Запись дисков и фильмов   фильмов

ITU-R (CCIF)

(11000, 12000, 1) (14000, 15000, 1) (19000, 20000, 1)

Аналого-цифровое и Аналогоцифро--аналоговое цифро преобразования   преобразования

или другие  другие 

Искажение изиз-за крутизны   крутизны

146

 

искажений  Измерения искажений 

 Частоты  f 1  и  f 2  - это частоты в герцах, низкочастотного   Частоты f  низкочастотного  и высокочастотного  высокочастотного  тонов, соответственно. Соотношение  Соотношение  - это отношение амплитуды низкочастотного тона  тона к амплитуде высокочастотного тона. тона.  Не  ожидайте получить такое же измеренное   Не  измеренное   значение значение   IMD, когда выполняете измерения в другом стандарте. стандарте. Важно указать тестовый сигнал, используемый для проведения измерения, при представлении результатов измерения IMD.

Линейность фазы  фазы  Линейность фазы –   единственный способ  способ  измерить величину групповой задержки   искажения, внесѐнного объектом исследования. Измерения задержки линейности фазы используют мультитональный сигнал,  сигнал,   чтобы измерить относительную задержку каждого компонента, проходящего через объект исследования. Мультитональный тестовый  тестовый  сигнал должен быть построен с нулевым фазовым сдвигом  сдвигом  между индивидуальными частотными компонентами. Кроме того, сигнал должен быть построен с равномерно  распределѐнными   частотными  распределѐнными компонентами, полученными по следующему  уравнению следующему уравнению::

Этот тестовый сигнал имеет высокий коэффициент  коэффициент  пик пик--фактора. Вы так же можете использовать прямоугольный сигнал для измерения  измерения   фазовой фазовой   линейности.. Прямоугольный сигнал легко генерируется и имеет единичный  линейности единичный   коэффициент  пик коэффициент пик--фактора фактора.. Важно, чтобы вы построили мультитональный сигнал с частотными Важно, компонентами, подходящими  подходящими для объекта исследования. Вообще, величина  величина  f  f   должна быть  быть  настолько настолько   низкой, чтобы измерить групповую задержку, произведенную объектом исследования,  исследования,  вычисленную вычисленную   по по   следующему следующему   уравнению:: уравнению

Стремитесь

использовать

основную

частоту,

 f ,

такую, такую,

чтобы

Линейность фазы определяется  определяется  как максимальное отклонение от прямой линии графика фазы в зависимости от  от  частоты. Это измерение выполняется  выполняется  по шагам. Сначала, мультитональный сигнал генерируется, проходит через объект исследования  исследования  и оцифровывается  оцифровывается  на входном  входном  канале. Фаза каждого тона в мультитональном сигнале измеряется и строится на графике в зависимости от  от  частоты для получения  получения  графика, графика,   подобного тому, что на  рисунке 14-8. 14-8.

147

 

искажений  Измерения искажений 

Рисунок 14-8. Рисунок  14-8. График линейности фазы  фазы 

Виртуальный прибор SVT Phase Linearity VI возвращает групповую задержку. Групповая задержка  задержка  - это наклон наилучшего линейного приближения   к кривой фазы в зависимости от частоты. приближения частоты . Далее, виртуальный прибор вычисляет разницу  разницу  между измеренной фазой и  и   наилучшим линейным приближением. Вы можете построить график этой разницы в зависимости от  от  частоты частоты,, чтобы показать отклонение  отклонение  измеренной фазы от наилучшего линейного приближения. Рисунок 1414-9 показывает этот график.  график. 

Рисунок 14-9. Рисунок  14-9. Отклонение измеренной фазы  фазы 

Максимальное абсолютное значение отклонения фазы - это значение, значение, возвращаемое   как линейность  возвращаемое линейность  фазы. В этом случае максимальное значение отклонения фазы составляет 0.215•. Измерения линейности фазы всегда зависят от полосы пропускания измерений. Для полноценного

представления результата  результата  укажите укажите   линейность линейность   фазы как  как  0.215• с полосой  полосой  пропускания 20 кГц и тестовой амплитудой 1 V pk , единичным усилением объекта исследования. исследования. 148

 

 

15 Однотональные измерения  измерения  В этой главе обсуждается использование приборов палитры Single Tone Measurement. Обратитесь к Справке  LabVIEW   за информацией о каждом приборе палитры Single Tone Measurement. Используйте экспрессэкспресс-приборы Tone Measurements и  Noise Measurements для создания и интерактивного  интерактивного  конфигурирования конфигурирования   измерения одиночного тона  и шума.  тона шума. 

Краткий обзор однотональных измерений  измерений  Однотональные измерения определены как группа измерений, где сигнал возбуждения - это одиночный тон. Эти измерения часто используются, используются , чтобы измерить линейный отклик, нелинейные искажения и шум звуковых устройств. Эти измерения подразделяются на  на   две обширных категории: категории: одноканальные и двухканальные измерения. Примеры двухканальных измерений включают измерения  измерения   коэффициента передачи, фазы и взаимного влияния каналов. Двухканальные измерения требуют соединения  соединения  сигнала сигнала   возбуждения с одним из входных каналов, как показано  на рисунке 15-1. показано 15-1.

149

 

Однотональные измерения измерения  

измерение  Рисунок 15-1 15-1. Двухканальное измерение  Обычно, вы знаете частоту и амплитуду сигнала возбуждения. Реальное преимущество соединения сигнала возбуждения с одним из входных каналов - способность измерить относительную фазу между сигналами стимула   и отклика. В конфигурации двухканального  стимула двухканального  измерения измерения   входной канал,, соединенный с сигналом возбуждения канал возбуждения  - это канал стимула, а входной канал,, соединенный с выходом объекта исследования - это канал отклика. канал Примерами   одноканальных измерений являются  Примерами являются  измерения коэффициента передачи, шумов бездействующих каналов, динамического диапазона и  и  беспаразитного динамического диапазона. Одноканальные измерения не требуют,, чтобы сигнал возбуждения был присоединен ко  требуют ко  входному каналу устройства   сбора данных. Рисунок 15устройства 15-2 иллюстрирует соединительную схему для одноканальных измерений.  измерений. 

150

 

Однотональные измерения измерения  

измерение  Рисунок 15-2 15-2. Одноканальное измерение  Рисунок 15-3 15-3 показывает местонахождение  местонахождение  однотональных однотональных   измерений измерений   в процессе акустических и вибрационных измерений. измерений .

151

 

Однотональные измерения измерения  

Рисунок 15-3 15-3. Место однотональных измерений в общем процессе акустических и вибрационных измерений  измерений  

Усиление  и фаза Усиление фаза   Виртуальный прибор SVT Gain and Phase VI измеряет измеряет   усиление и фазовую задержку между каналом стимула и каналом отклика на тестовой частоте. Прибор SVT Gain and Phase VI идентифицирует амплитуду и фазу обнаруженного звука на канале стимула. Амплитуда  Амплитуда  и фаза стимулирующего тона трактуется  трактуется   как основа  основа  при определении относительной амплитуды и относительной фазы канала отклика.  отклика.  Прибор SVT Gain and Phase VI осуществляет поиск сигнала для канала отклика на той же самой частоте, что и  и  для сигнала стимула. стимула. Прибор SVT Gain and Phase VI проводит проводит   двухканальное измерение, которое требует от вас соединения и с сигналом стимула и с откликом сигнала. Одноканальные

измерения читают только отклик сигнала. У вас есть вариант генерирования сигнала  сигнала  возбуждения с устройства получения, отдельного выходного устройства или внешнего  внешнего  источника источника   с 152

 

Однотональные измерения измерения  

последующим измерением стимула и отклика. Если вы используете DSADS Aустройство,, National Instruments  рекомендует вам всегда выполнять устройство двухканальные измерения вместо  вместо  одноканальных измерений, когда это возможно. Выполнение  двухканальных Выполнение  двухканальных   измерений измерений   предоставляет предоставляет   наилучшую выгоду благодаря минимальному  минимальному  межканальному   межканальному несоответствию   усиления и синхронной  несоответствию синхронной  выборке выборке   из аналоговых входных каналов. Обратитесь к спецификации DSADSA-устройства устройства за дополнительной информацией.. Например информацией Например,, при при   одноканальном одноканальном   методе методе   измерений измерений   погрешность  при использовании модуля ввода/вывода  NI PXI-4461 погрешность  составляет 0.1 дБ, а при  при двухканальном методе измерений - 0.01 дБ.

Взаимное влияние каналов  каналов  Виртуальный прибор SVT Crosstalk VI измеряет усиление и фазовую задержку между базовым каналом  каналом связи и бездействующим каналом отклика на тестовой  тестовой  частоте частоте.. Прибор SVT Crosstalk VI идентифицирует амплитуду и фазу обнаруженного тона  тона  на канале стимула. Амплитуда и фаза стимулирующего тона  тона  трактуются трактуются   как базовые  базовые  при определении относительной амплитуды и относительной фазы отклика бездействующего канала. Прибор SVT Crosstalk VI проводит поиск  поиск  для тона бездействующего отклика  на той же  отклика же частоте частоте,, что и звукового стимула.  стимула.   Анализ измерений эквивалентен выполнению  выполнению   измерений измерений   для усиления  усиления  и фазы. Различия между этими двумя измерениями в том , что измерения усиления   и фазы применяются  усиления применяются  на активном канале отклика, в то время как измерения взаимного влияния каналов применяются  применяются  на бездействующем  бездействующем  канале отклика. Рисунок 15-4 15-4 показывает показывает  эти различия.  различия. 

Рисунок 15-4. Рисунок  15-4. Различие между измерением усиления и фазы и измерением взаимного влияния каналов   каналов

Усиление   Усиление Виртуальный прибор SVT Gain VI измеряет усиление между амплитудой идентифицированного тона  тона  во входном сигнале  сигнале  и базовой амплитудой. Виртуальный прибор автоматически идентифицирует звук с высокой амплитудой как  как  основную частоту, пока вы не зададите входной параметр  параметр  expected fundamental frequency [Hz] . Вы должны подать значение амплитуды   сигнала амплитуды сигнала   возбуждения на входной параметр amplitude  независимо от того, того, используете ли вы выход принимающего устройства

или внешний источник. Рисунок 1515-5 показывает нужное  нужное соединение. соединение.  

153

 

Однотональные измерения измерения  

1 Задание амплитуды  амплитуды  возб уждения на входном терминале amplitude ВП ВП SVT  SVT Рисунок 15-5 Рисунок  15-5. Задание амплитуды сигнала возбуждения Gain VI Точность этого измерения зависит от абсолютной точности амплитуды выходного и входного каналов. При генерировании и получении сигнала с помощью устройства  NI PXI-4461, погрешность погрешность   ожидаемого измерения меньше,, чем 0.3 меньше 0.3 дБ. дБ.  

Шум бездействующего  бездействующего канала (Idle-Channel (Idle-Channel Noise) Виртуальный прибор SVT Idle Channel Noise VI измеряет измеряет   общую мощность, средний уровень плотности шума, максимальный толчок, и SNR  (отношение сигнал/шум) в пределах определенного частотного диапазона. Этот виртуальный прибор может использовать  использовать   данные формы сигнала  сигнала  или или   сложный спектр с выхода других  других акустических измерений. измерений. Для практических целей, возвращенный шум бездействующего  бездействующего   канала канала   - это измерение   мощности в полосе, которое возвращает общую энергию шума  измерение шума   в определенном частотном диапазоне.  диапазоне.  Прибор SVT Idle Channel Noise VI вычисляет SNR как полномасштабный уровень, разделенный на шум бездействующего  канала. бездействующего Средний уровень шума нормализован шириной  шириной   разбиения, разбиения, df , и он является мерой уровня шума или уровня плотности шума. Вы можете найти полезным знание уровня шума, оно пригодится для расширенных измерений. Например, вы можете определить значение порогового параметра прибора  прибора  SVFA Spectrum Peak Search VI для нахождения всех компонентов   спектра, которые превышают значение уровня  компонентов уровня  шума + 12  12  дБ или в 4 раза выше уровня  уровня  шума. В отличие от измерений усиления, фазы и взаимного влияния каналов, шум

бездействующего  канала бездействующего  канала   - это широкополосное измерение, в котором  котором  амплитуда основного тона предполагается нулевой. Используйте входной параметр frequency range, чтобы ограничить полосу  полосу  пропускания пропускания   154

 

Однотональные измерения измерения  

измерения. Чтобы исключить мощность  мощность  постоянной составляющей, составляющей, установите стартовую частоту в значение 8( 8 (df ), ), где df   - это частотное  частотное   разрешение   спектра. Увеличьте стартовую частоту во входном параметре   разрешение параметре  frequency range,  чтобы исключить дополнительные низкочастотные компоненты из измерения. Вы можете ввести значение по умолчанию -1  для   параметра для параметра   start frequency и -1  для  stop frequency  для выполнения измерения по всей полосе пропускания. пропускания . Замечание  Вы или можете измерять шум бездействующего канала для плавающего, ограниченного, возбуждѐнного сигналом с нулевой амплитудой входного канала объекта..  объекта

Динамический диапазон  диапазон  Динамический диапазон измерения определяет искажения и шум, найденные на выходе объекта исследования  исследования  в случае  случае  сигнала сигнала   низкого уровня. Обычно динамический диапазон измеряется с амплитудой сигнала возбуждения, установленной на значение  значение  –  – 6 60 0 дБ дБ   полной шкалы, где полная шкала - это полномасштабная амплитуда входного канала объекта исследования.. исследования Схема соединения для измерений динамического диапазона соответствует схеме одноканальных измерений на рисунке 15-2. 15 -2. Конфигурируйте измерение  измерение  определением настроек измерения в виртуальном приборе SVXMPL_Settled Dynamic Range (DAQmx) VI. Важно принять во внимание задержку  задержку  распространения распространения DAQDAQ- или или DSA DSA-устройства устройства.. Эта задержка зависит от устройства, используемого  используемого   для выполнения измерений. Чтобы определить задержку распространения устройства, обратитесь к документации устройства или измерениям задержки с помощью прибора SVL Measure Propagation Propagation Delay VI. Обратитесь к Главе 4,  Масштабирование и калибровка  Масштабирование калибровка,,  за большей информацией о приборе SVL Measure Propagation Delay VI. Виртуальный прибор

SVXMPL_Settled Dynamic Range (DAQmx) VI

выполняет непрерывное  непрерывное  генерирование и получение. Измерения продолжаются до тех пор, пока измеренный динамический диапазон не установится согласно допуску, определенному на закладке параметров  параметров   канала  такого объекта исследования, как Settling Parameters. Для левого канала  двухканальный   эквалайзер, двухканальный эквалайзер,   типичные типичные    результаты конфигурации лежат в динамическом диапазоне 83 дБ  дБ  полной шкалы, шкалы, 20 Гц –   20 кГц кГц,, тестовая амплитуда   – 6 амплитуда 60 0 дБ дБ   полной шкалы, шкалы, тестовая частота 1.0 кГц и единичное  единичное  усиление.. усиление Рисунок 1515-6 показывает конечный измеренный спектр  спектр  для исследования  исследования  динамического диапазона.  диапазона. 

155

 

Однотональные измерения измерения  

Рисунок 15-6. Рисунок  15-6. Измеренный спектр при исследовании динамического диапазона   диапазона

Беспаразитный динамический диапазон (SFDR) диапазон (SFDR) SFDR-измерения измеряют низкие уровни пиков, идентифицированные как SFDR-измерения фактические компоненты сигнала вместо артефактов объекта исследования. исследования. Обычно SFDR измеряется с амплитудой сигнала возбуждения, возбуждения , установленной на 0 дБ полной шкалы  шкалы или или   –  – 1 дБ полной шкалы. Измеренный SFDR затем различается в амплитуде, в децибелах, между стимулирующим тоном   и максимальным  тоном максимальным  выплеском. Рисунок 1515-7 показывает тестовый SFDR-спектр SFDRспектр на левом канале двухканального аудиоэквалайзера.  аудиоэквалайзера.  

Рисунок 15-7. Рисунок  15-7. Спектр теста SFDR

156

 

 

А  Ссылки   Ссылки Это приложение содержит список справочных материалов, используемых в пакете Sound and Vibration Toolkit для среды проектирования LabVIEW. Обратитесь к соответствующим документам за дополнительной теоретической информацией, использованной в этом пакете.  пакете.   Замечание  Представленные далее ресурсы предлагают множество дополнительной информации о концепциях, затронутых в данном руководстве. Эти ресурсы предоставляют только общую информационную поддержку и никак не связаны, не спонсируются и не запатентованы корпорацией  National Instruments. Instruments. Содержание этих источников не представляет, может не соответствовать, и не включать текущую или будущую функциональность пакета Sound and Vibration Toolkit или любого другого

продукта National продукта  National Instruments. American National Standards Institute. 1983. Specification for Sound Level Meters. ANSI S1.4-1983. Washington: American National Standards Institute.  ——— . 1986a. Design Response of Weighting Networks for Acoustical Measurements. ANSI S1.42-2001. Washington: American National Standards Institute.  ——— . 2004. Specification for Octave-Band and Fractional Octave-Band Analog and Digital Filters. ANSI S1.11-2004. New York: Acoustical Society of America. Crocker, Malcolm J. 1998. Handbook of Acoustics. New York: John Wiley & Sons, Inc. Hassall, J. R., and K. Zaveri. 1988. Acoustic Noise Measurements.  Nærum,  Nærum,   Denmark: Brüel & Kjær.  Kjær.  International Electrotechnical Commission. 1975. Preferred Frequencies for Measurements. International Standard IEC 266, 1st ed. 1975-07-15. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission.  ——— . 2002. Electroacoustics - Sound Level Meters. International Standard IEC 61672, 1st ed, 2002-05. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission.  ——— . 1995. Octave-Band and Fractional Octave-Band Filters. International Standard IEC 1260, 1st ed. 1995-07. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission.

Randall, R.B. 1987. Frequency Analysis. Nærum, Denmark: Brüel & Kjær.  Kjær.  

157

 

Ссылки Ссылки  

 ——— . 1986. Measurement of Audio-Frequency Noise Voltage Level in Sound Broadcasting. ITU-R Recommendation 468-4.  ——— . 1995. Psophometer for Use on Telephone-Type Circuits. ITU-T Recommendation O.41, Revised, 1993-1996. Telecommunication Standardization Sector of the International Telecommunication Union. Smallwood, D. 1980. An Improved Recursive Formula for Calculating Shock Response Spectra. 51st Shock and Vibration Bulletin.

158

 

 

B Техническая поддержка и сервис  сервис  Посетите следующие разделы  разделы  технической поддержки и сервиса на webсайте National сайте  National Instruments  Instruments www.ni.com: 

 



 



 



онлайновой технической поддержки  поддержки  Support   –    ресурсы включают:   www.ni.com/support включают: -  Self-Help Resources  –   посетите посетите   web-сайт web-сайт отмеченной наградами  наградами  корпорации  National Instruments, Instruments, чтобы найти драйвера и обновления для программного обеспечения, базу знаний с системой поиска, руководства пользователя, пошаговые мастера  решения проблем, тысячи примеров программ, учебники, замечания к приложениям и т.д.  т.д.  -  Free Technical Support  –   все зарегистрированные пользователи получают бесплатный базовый сервис, включающий доступ к форумам с сотнями участников на www.ni.com/forums. Инженеры компании  National Instruments не оставят ни один вопрос без ответа.  –   посетите   посетите web-сайт   web-сайт Training and Sertification  для   для получения   получения информации   информации о  www.ni.com/training  самостоятельно осваиваемых курсах, виртуальных учебных классах, интерактивных компакткомпакт-дисках, сертификационных программах. Вы также можете записаться на практические курсы под руководством инструктора в любой точке мира.  мира.  System Integration   –   если у вас ограниченные ресурсы, нехватка времени или другие проблемы с проектом, то вам могут помочь члены программы National Instruments Alliance Partner. Для дополнительной информации, позвоните в ближайший офис или посетите webweb-сайт сайт www.ni.com/alliance.

Если вы не нашли на сайте www.ni.com  ответов на волнующие вас вопросы, обратитесь в ближайший офис или штабштаб-квартиру корпорации  National Instruments. Instruments. Телефонные номера наших офисов по всему миру представлены в начале данного руководства. Вы также можете посетить  раздел Worldwide Offices web-сайта web-сайта  www.ni.com/niglobal для доступа к web-сайтам webсайтам локальных офисов, предоставляющих актуальную контактную информацию, телефонные номера поддержки, электронные почтовые адреса, и текущие новости.  новости. 

159

 

 

Глоссарий   Глоссарий Числа/символы   Числа/символы 2D

Двумерный.. Двумерный

3D

Трѐхмерный.. Трѐхмерный

μPa   μPa

Микро--Паскали. Смотрите  Микро Смотрите также Pa.

А  acceleration

Скорость изменения скорости перемещения.  перемещения. 

accelerometer

Датчик, монтируемый на конструкции, для измерения ускорения в конкретном месте в одном или нескольких направлениях.  направлениях.  

aliasing

Алиазинг (наложение Алиазинг ( наложение спектров) спектров) является феноменом, в котором частоты составляющих больше частоты Найквиста  Найквиста после дискретизации сигнала  сигнала ошибочно смещаются к низким частотам. частотам . Смотрите также  также anti-aliasing filter . 

ANSI

Американский институт национальных стандартов.  стандартов. 

anti-aliasing filter

Для устранения алиазинга, перед аналогоаналого-цифровым преобразованием используются аналоговые фильтры ФНЧ для фильтрации частот выше половины частоты дискретизации. Так как они используются для предотвращения алиазинга, алиазинг а, то получили название антиалиазинговых фильтров. Смотрите  Смотрите также также  Nyquist  Nyquist frequency..  frequency

B   bandedge frequency

Граничные частоты. Верхняя и нижняя частоты среза идеального полосового фильтра.  фильтра. 

 bandpass filter

Полосовой фильтр. Фильтр с единственной полосой передачи, передачи, начиная  с нижней граничной частотой, большей нуля, и заканчивая начиная зак анчивая

 baseband analysis

конечной верхней граничной частотой.  частотой.  Анализ  основной Анализ основной  полосы полосы  пропускания пропускания.. Диапазон частот от 0 Гц (постоянная составляющая) до максимальной частоты, чаще всего частоты Найквиста.  Найквиста. 

C  calibrator

Управляемый источник сигнала, генерирующий известный уровень возбуждения, используемого для калибровки датчика.  датчика. 

coherence

Когерентность. Степень линейной зависимости между двумя сигналами, как функция частоты.  частоты.  

coherent output power spectrum

Когерентный спектр Когерентный  спектр  выходной выходной  мощности мощности.. Показывает, какая часть (выходного) спектра мощности полностью когерентна со входным сигналом.

colormap

Метод отображения трехмерных данных на двумерном графике с использованием цвета для представления третьей размерности.

constant Q filter

Тип фильтров, используемых в дробнодробно -октавных измерениях. 160

 

Глоссарий 

COP

Когерентная выходная мощность.

crest factor

Пик-фактор. Отношение пикового значения сигнала к его Пиксреднеквадратическому значению. Для синусоидального сигнала пик--фактор составляет 1.414. Для прямоугольного сигнала пикпик пик фактор составляет 1.

cross power spectrum

Взаимный спектр мощности двух сигналов имеет амплитуду, являющуюся произведением амплитуд сигналов, и фазу, как  разность двух фаз сигналов.

cut-off frequency

 Частота среза, на которой, как правило, подавление фильтра составляет 3 дБ, или половину оригинальной мощности. мощности.

D  DAQ

Сбор данных.  данных. 

dB

Децибел. Логарифмическая единица измерения соотношений уровней. Если уровни указаны в единицах мощности, то 1 дБ дБ = 10*log10(P/Pr ), ), где P –  измеренная мощность и Pr –  Pr –  базовая мощность. Если уровни указаны в единицах амплитуды, то 1 дБ = 20*log10(A/Ar ), ), где A –  измеренная амплитуда и Ar –  Ar –  базовая

DFT

амплитуда. Дискретное преобразование Фурье –  определяет амплитуды и фазы частотных компонент, представленных в цифровом сигнале во временной области.

Distortion

Искажение. Результат компонент сигнала, отсутствующих в исходном сигнале и вызванных нелинейностью системы или пути передачи.

DSA

Сбор данных динамических сигналов.

DUT

Объект исследования.

Dynamic Range

Динамический диапазон. Отношение максимального уровня сигнала, выдерживаемого схемой, к минимальному, минимальному, выдерживаемого схемой (часто –  уровню шума), обычно выражаемое в децибелах.

DZT

Дискретное преобразование Зака.  Зака. 

E  ENBW

Эквивалентная полоса пропускания шума окна во временной области, приложенного к сигналу, для проведения проведе ния частотного анализа.

engineering unit (EU)

Единица измерения данных, например, Па, м/с2, g g,, и так далее.

equal confidence

Специальный экспоненциальный режим усреднения, используемый для дробнодробно-октавного анализа. Здесь константа времени для каждой полосы устанавливается индивидуально так, что относительная вероятность в измерении эквивалентна всем полосам.

equivalent continuous level (Leq)

Средний уровень сигнала на определѐнном временном интервале.

161

 

Глоссарий 

EU

Смотрите  engineering unit (EU). Смотрите (EU). 

exponential averaging

Экспоненциальное усреднение, при котором больший приоритет отдаѐтся более часто встречающимся данным, чем менее часто встречающимся.

F  Fast

Экспоненциальное усреднение с использованием константы времени 125 мс.

FFT

Быстрое преобразование Фурье –  эффективный и быстрый метод для вычисления дискретного преобразования Фурье. Быстрое преобразование Фурье определяет амплитуду и фазу частотных компонентов, представленных в цифровом сигнале во временной области.

FFT block size

Количество  отсчѐтов Количество отсчѐтов,, используемое используемое  для для  вычисления вычисления FFT.  FFT.

FFT lines

Количество линий FFT FFT,, определяемое размером блока FFT. Теоретически, количество линий составляет половину размера блока, но на практике уменьшается до 80% от этой величины изиз -за антиалиазинговых фильтров. Например, Например, FFT с 400 линиями линиями  

filter bank

основано на основано  на  размере   размере блока блока 1024  1024 отсчѐта отсчѐта.. Цепочка фильтров.

filtering

Тип согласования сигнала, разрешающий вам модифицировать частотное содержимое сигнала.

fractional-octave

Интервал между двумя частотами, одна из которых к оторых имеет дробную степень двойки относительно другой.

frequency response function

Функция частотного отклика. Представляет отношение выхода ко входу в частотной области и полностью характеризует линейные, стационарные системы.

FRF

Смотрите  frequency response function Смотрите function.. 

fundamental frequency

Основной тон, фундаментальная частота. Частота доминантного (наибольшей амплитуды) тона в сигнале. Для гармонического анализа фундаментальная частота есть наибольший общий делитель частот гармоник.

G  g

Единица измерения ускорения. g = 9.81 м/с2, ускорение, вызванное гравитацией на поверхности Земли.

gain

Увеличение или ослабление сигнала.

H 

162

 

Глоссарий 

H1

Функция частотного отклика, вычисленная как отношение взаимного спектра ко входному автоавто-спектру: Gxy/Gxx Gxy/Gxx.. Эта методика даѐт лучшую производительность в присутствии шума для измерения антианти- резонансов  резонансов ,где отношение сигнала к шуму ухудшается. Функция частотного отклика H2 даѐт лучшее приближение в измерениях резонансов. В окружении, свободном от шумов, обе методики дают одинаковый результат. Так как оба измерения основаны на одном наборе данных, то выбор методики может быть сделан после завершения сбора данных.  данных.  

H2

Функция частотного отклика, вычисленная как отношение выходного автоавто-спектра к обратному взаимному спектру: Gyy/Gyx. Эта методика предоставляет лучшую производительность в присутствии шума в измерениях резонансов, где отношение сигнал/шум улучшается. Для измерения антианти- резонансов  резонансов лучшее приближение даѐт функция частотного отклика H1. В окружении, свободном от шумов, обе методики дают одинаковый результат. Так как оба измерения основаны на одном наборе данных, то выбор методики может быть сделан после завершения сбора данных.  данных.  

H3

Функция частотного отклика, вычисленная как среднее H1 и H2.

Harmonic Harmonic distortion

Сигнал, чьи частоты нацело кратны входному сигналу.  сигналу.  Форма искажения в аналоговых схемах, которая к оторая генерирует гармоники. Она вычисляется как отношение уровня одиночной гармоники к уровню исходного сигнала.

Hz

Герц. Количество циклов в секунду.

I  IEC

Международная Электротехническая Комиссия  Комиссия (МЭК) (МЭК)..

IEPE

Интегрированный электронный пьезоэлектрик.

IMD

Смотрите  intermodulation distortion. Смотрите distortion. 

Impulse

Экспоненциальное усреднение с использованием константы времени 35 мс на восходящем фронте сигнала и 1500 мс на нисходящем.

intensity graph

Метод отображения трѐхмерных данных на двумерном графике, с использованием цвета для индикации значения в третьем измерении.   измерении.

intermodulation distortion

Интермодуляционное искажение Интермодуляционное  искажение.. Искажение, возникающее как  результат модуляции между между двумя или более сигналами.

L  Leq

Смотрите  equivalent continuous level (Leq). Смотрите (Leq). 

linear averaging

Линейное усреднение, при котором все данные усредняются одинаково.

M  MAX

Браузер измерений Браузер  измерений  и автоматизации автоматизации (Measurement  (Measurement & Automation Explorer). 163

 

Глоссарий 

maximax

Абсолютный максимум вычисленного ударного отклика сигнала на протяжении всей его длительности.

microphone

Датчик, служащий для преобразования колебаний звукового зв укового давления в электрический сигнал, как правило, в воздушной акустической среде.

midband frequency

Центральная  частота Центральная частота  полосового полосового  фильтра фильтра,, определяемая определяемая  как как  

MLS

ms

геометрическое среднее геометрическое  среднее  граничных граничных  частот частот.. Последовательность максимальной длины –  псевдослучайная последовательность единиц и нулей, которую вы можете использовать в качестве тестового сигнала для реализации измерений задержки и  и частотного отклика. Миллисекунда.

N  noise

nominal frequency

Шум. Любой Шум. Любой  нежелательный нежелательный  сигнал сигнал.. Шум может генерироваться внутренними источниками, такими как полупроводники,  резисторы, конденсаторы, или внешними внешними источниками, например, например, линий источников  источников питания, моторами, генераторами, грозами,  радиопередатчиками. Округлѐнная центральная частота для проектирования части дробно--октавного фильтра. Этот термин используется стандартами дробно IEC,, но номинальные  IEC номинальные частоты частоты  идентичны предпочтительным частотам, определѐнным стандартами ANSI.

nonstationary signal

Нестационарный сигнал Нестационарный  сигнал.. Сигнал Сигнал,, частотное частотное  содержимое содержимое  которого которого   изменяется  за  изменяется за время время  выборки выборки..

 Nyquist frequency

 Частота, вдвое меньшая частоты дискретизации. Любой Любой аналоговый частотный компонент выше частоты Найквиста, может, после дискретизации, быть преобразован в частоту ниже частоты Найквиста. Смотрите  Смотрите также также  aliasing aliasing  и anti-aliasing filter . 

O  octave

Октава. Относится к интервалу между двумя частотами, одна из которых в два раза больше другой. Например, частоты 250 Гц и 500 Гц составляют октаву, также как и частоты 1 кГц и 2 кГц.  кГц.  

order

Гармоника скорости вращения для вращающихся механизмов. Например, в случае вращения вала со скоростью 6000 об/мин, компонента первого порядка находится на частоте 100 Гц (6000/60), тогда как компонента третьего порядка находится на частоте 300 Гц.

overlapping

Перекрытие, наложение. Метод, использующий часть предыдущего блока данных для вычисления FFTFFT-преобразования преобразования текущего блока данных.

P 

Pa

Паскаль.. Международная Паскаль Международная  единица единица  давления давления..

 peak hold

Процесс обнаружения пиков, сохраняющий максимальное значение сигнала. 164

 

Глоссарий 

 periodicity

Периодичность. Одно из основных допущений в частотном анализе с помощью FFTFFT-преобразования. преобразования.

 phon

Фон. Единица громкости со шкалой, соотносящейся со шкалой Фон.  децибел звукового давления, по которой значения в фонах эквивалентны значениями в децибелах для чистого тона 1 кГц,  равного по средней громкости исходному исходному звуку. звуку.

 pink noise

Розовый шум. Шум, для которого спектральная энергия на октаву или любую дробнодробно-октавную полосу является независимой от полосы. Спектр выглядит плоским на октавном или дробнодробнооктавном графике.

 pistonphone

Калибратор микрофона, генерирующий известное звуковое зв уковое давление, обычно на точной опорной частоте.

 preferred frequency

Предпочтительная частота. Округлѐнная центральная частота для проектирования части дробнодробно-октавного фильтра. Этот термин используется стандартами ANSI ANSI,, но предпочтительные частоты идентичны номинальным частотам, определенным стандартами IEC.

 pregain

Предварительное усиление. Любое усиление, приложенное к сигналу внешним устройством (усилитель, предусилитель, согласующее устройство и т.д.) перед устройством сбора данных.

PSD

Спектральная плотность мощности.

R   reference sound pressure

Опорное звуковое давление 20E-6 давление 20E-6 Па Па.. Данное звуковое давление условно выбрано для соответствия тишайшему звуку на частоте 1000 Гц, которое только может услышать человеческое ухо.  ухо. 

reverberation time

T60[s] T60[s].. В огороженной точке и для фиксированной частоты или полосы частот время реверберации –  это время, необходимое для снижения уровня давления на 60 дБ после остановки источника сигнала.

RMS RMS averaging

Среднеквадратическое значение Среднеквадратическое  значение.. Среднеквадратическое  усреднение Среднеквадратическое усреднение  используется используется  для для  усреднения усреднения   мощности  сигнала мощности сигнала.. Среднеквадратическое усреднение уменьшает флуктуации.

rpm

Оборотов  в минуту Оборотов минуту..

S  s

Секунд.   Секунд.

S/s

Отсчѐтов в секунду.  секунду. 

sampling frequency

 Частота дискретизации сигнала.

SDOF

Единичная степень свободы.

sensor

Датчик.. Устройство, преобразующее физическую величину (сила, Датчик

звук, давление, движение)  движение) в соответствующую электрическую. settling time

Время установления. Время, необходимое сигналу для достижения им конечного значения в определѐнных границах. 165

 

Глоссарий 

SFDR

Смотрите  spurious free dynamic range. Смотрите range . 

Shannon Sampling Theorem

По теореме Шеннона, для корректной дискретизации сигнала, он не должен содержать частоты выше частоты Найквиста.

shock response spectrum

Спектр отклика Спектр  отклика  удара удара.. Метод обработки, при котором оценивается  резкость изменения ударного сигнала.  сигнала. 

signal in noise and distortion

Отношение входного сигнала к сумме шума и гармоник.  гармоник. 

SINAD

distortion..  Смотрите  signal in noise and distortion Смотрите

single-shot acquisition

Однократный сбор данных.  данных. 

slow

Экспоненциальное усреднение, использующее константу времени 1000 мс.

sound level meter

Устройство, используемое для измерения уровня звукового зв укового давления. Это устройство обычно состоит из микрофона, предусилителя, набора взвешивающих фильтров со стандартизованными частотами, схем со стандартизованным станда ртизованным экспоненциальным взвешиванием, логарифмического амплитудного детектора, и дисплея в единицах децибел.

sound pressure level

В децибелах децибелах,, это это  двадцатикратный двадцатикратный  десятичный десятичный  логарифм логарифм   отношения звукового отношения  звукового  давления давления,, в зафиксированной зафиксированной  полосе полосе  частот частот,, к базовому базовому  уровню уровню  звукового звукового  давления давления..

spectral leakage

Феномен, при котором измеренная спектральная энергия перераспределяется из одной частоты в другие частоты. Это происходит, когда оцифрованная форма сигнала не содержит целого числа периодов за время выборки. Методика уменьшения спектральной утечки –  это умножение сигнала на функцию окна. Смотрите  также Смотрите также  windowing windowing.. 

spurious free dynamic range

Динамический диапазон между полномасштабным отклонением к  к  наивысшему  паразитному наивысшему паразитному  сигналу сигналу  в частотной области.

SRS

Смотрите  shock response spectrum. Смотрите spectrum. 

STFT

Сверхбыстрое преобразование Фурье.

SVFA

Библиотека частотного Библиотека  частотного  анализа анализа Sound  Sound and Vibration Frequency Analysis. SVFA –  SVFA –  это набор виртуальных приборов, разделяемых между пакетом Sound and Vibration Toolkit и другими пакетами NI. пакетами NI.

SVL

Библиотека Sound and Vibration Library. SVL –  Библиотека Sound SVL –  это набор виртуальных приборов, разделяемых между пакетом Sound and Vibration Toolkit и другими пакетами NI. пакетами NI.

SVT

Пакет Sound Пакет  Sound and Vibration Toolkit.

T  tach

Смотрите  tachometer .  Смотрите

tachometer

Тахометр. Устройство,  Устройство, используемое для измерения скорости

вращения вращающихся частей.  частей.  THD

Смотрите  total harmonic distortion. Смотрите distortion. 

THD+N

Смотрите  total harmonic distortion plus noise. Смотрите noise.  166

 

Глоссарий 

third-octave

Отношение между двумя частотами, равное 21/3 

time constant

Стандартизованная временная константа, используемая в экспоненциальном взвешивании в акустическом анализе. Стандартные значения: Slow = 1000 мс, Fast = 125 мс, и Impulse = 35 мс на восходящем фронте сигнала и 1500 мс на нисходящем фронте.

total harmonic distortion total harmonic distortion  plus noise

Отношение суммы гармоник к основной гармонике. Отношение  суммы Отношение суммы  шума шума  и гармоник гармоник  ко  ко входному входному  сигналу сигналу,, в  децибелах.. децибелах

transducer

Смотрите  sensor .  Смотрите

transient

Очень короткий Очень  короткий  сигнал сигнал.. Как Как  правило правило,, однократный однократный  или или  весьма весьма    редкий..  редкий

TTL

Транзисторно-транзисторная Транзисторнотранзисторная  логика логика.. Типичная Типичная  среднескоростная среднескоростная   цифровая  среда цифровая среда.. Номинальные уровни ТТЛТТЛ-логики составляют 0 и 5 В.  В. 

V  V vector averaging

Вольты.  Вольты.  Вычисляет среднее комплексное значение как раздельное среднее для реальной и мнимой частей. Векторное усреднение устраняет шум из синхронных сигналов и обычно требует условия запуска. зап уска.

velocity

Величина вектора, чья амплитуда –  скорость тела и чьѐ направление –  направление движения тела.

W  waterfall

Трѐхмерный график, отображающий амплитуду спектральных компонентов как функцию от времени и частоты. Частотный спектр отображается как кривая для каждой точки времени. Несколько таких кривых (для разных точек времени) отображаются одновременно.   одновременно.

weighting filter

Взвешивающий фильтр –  фильтр, используемый для воспроизведения меняющейся чувствительности человеческого уха к звуку на разных частотах. Первоначально, АА -взвешивание было предназначено для представления изменяющейся чувствительности человеческого уха к звуковому давлению в диапазоне между 40 и 60 дБ с опорным уровнем 20 μPa. Затем, B-взвешивание B-взвешивание и Cвзвешивание были разработаны для представления переменной чувствительности уха на более высоких уровнях звукового давления.

white noise

Белый шум –  шум, имеющий одинаковую спектральную плотность мощности на всех частотах. Например, средняя мощность белого шума в 100 Гц полосе между частотой 300 Гц и частотой 400 Гц такая как средняя 10000же, Гц и 10100 Гц. мощность в 100 Гц полосе между частотами

10000 Гц и 10100 Гц.  Гц.  window function

Гладкая кривая, обычно имеющая нулевое значение на границах. Смотрите  также Смотрите также  windowing. windowing.  167

 

Глоссарий 

windowing

Z 

Z-weighting

Методика, используемая для уменьшения спектральной утечки, умножением временного сигнала на функцию окна. Процесс наложения окна уменьшает амплитуды разрывов на границах сигнала, таким образом уменьшая спектральную утечку. Если сигнал содержит целое число периодов, то спектральная утечка отсутствует. Смотрите также  также spectral leakage leakage.. 

Ноль-взвешивание. Взвешивание с единичным усилением на всех Нольчастотах; эквивалентно линейному взвешиванию или отсутствию взвешивания.