ГОСТ ИСО 7626-2-94 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Измерения, использующие одноточечное поступательное возбуждение присоединенным вибровозбудителем

     8 ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

8.1 Определение частотной характеристики

8.1.1 Общие положения

В процессе обработки сигналов вибрации и силы осуществляются их фильтрация, процедура "исключения массы" (при необходимости) и вычисление отношения "очищенных" сигналов и фазового угла между ними как функций частоты. Анализатор, осуществляющий обработку, может использоваться также для преобразования измеренной частотной характеристики в частотную характеристику другого вида (например преобразования ускоряемости в подвижность). В настоящем пункте рассматриваются особенности обработки сигналов в зависимости от типа возбуждения.

8.1.2 Гармоническое возбуждение

Значение амплитуды частотной характеристики на частоте возбуждения определяется в аналоговом или цифровом виде как отношение амплитуд сигналов вибрации и силы. Фаза частотной характеристики определяется путем измерения разности фаз между этими сигналами.

Примечание - Если используется гармоническое возбуждение со скачкообразно изменяемой частотой, то в данной серии измерений можно получить с помощью одноканальной системы измерений значения нескольких частотных характеристик, переключая канал с одного преобразователя на другой. В случае же гармонического возбуждения с медленной разверткой частоты для одной серии измерений можно получить только одну частотную характеристику на каждый канал измерительной системы.

8.1.3 Многочастотное возбуждение

Сигналы преобразователя, генерируемые случайным, псевдослучайным, периодически случайным, периодическим с линейной частотной модуляцией или импульсным возбуждениями, обрабатываются цифровыми анализаторами, осуществляющими преобразование Фурье. Частотная характеристика получается в результате деления взаимной спектральной плотности сигналов вибрации и силы на собственную спектральную плотность вынуждающей силы, при этом сигналы вибрации и силы подвергаются предварительной обработке во временной области (взвешиванию), как показано в 8.4.3. Для того чтобы полученная оценка частотной характеристики попадала в заданный доверительный интервал, производится усреднение спектров по выборке соответствующего объема (см. приложение А).

Примечания

1 При измерениях переходной подвижности иногда невозможно достичь заданной точности, особенно когда отклик измеряется в точке и направлении, соответствующих малым значениям переходной подвижности. В подобных случаях незначительный эффект приносит и дальнейшее увеличение числа усредняемых спектров.

2 Для получения одной частотной характеристики при данном способе возбуждения необходимо использовать, по крайней мере, двухканальный Фурье-анализатор. При необходимости одновременного измерения нескольких частотных характеристик число каналов должно быть увеличено.

8.2 Фильтрация

8.2.1 Гармоническое возбуждение

Для уменьшения погрешностей измерения вычисления частотной характеристики должны проводиться с использованием составляющих вибрации и силы только на частоте возбуждения. Поэтому целесообразно применять синхронное накопление сигналов или использовать фильтры, не вносящие в сигнал частотных искажений.

Примечание - Для целей фильтрации обычно используется следящий фильтр - согласованное по фазе узкополосное аналоговое устройство, использующее гетеродинный принцип автоматической подстройки под частоту входного сигнала. В случае реализации принципа синхронного накопления (суммирование синхронной с частотой входного сигнала выборки значений сигнала) обычно используются цифровые устройства.

8.2.2 Многочастотное возбуждение

В данном случае повышения отношения сигнал/шум можно добиться за счет ограничения полосы анализа и использования соответствующих фильтров, как указано в 9.4.3. При использовании цифровых анализаторов во избежание погрешностей, вносимых составляющими сигнала на частотах выше верхней границы анализируемого диапазона, необходимо применять согласованные по фазе сглаживающие фильтры с высокой крутизной характеристики в области верхней частоты среза.

Для возбуждения периодической силой эффективной является процедура синхронного накопления.

8.3 Согласование по динамическому диапазону сигнала

Для обеспечения правильности измерений необходимо систематически проверять настройки усиления, позволяющие избежать ограничения сигнала. Индикатор перегрузки анализатора реагирует только на превышение уровня сигнала в самом анализаторе, поэтому, как показано на рисунке 1, для контроля сигналов на предшествующих анализатору стадиях обработки используется осциллограф. Ограничение сигнала может быть определено визуально по появлению среза формы сигнала на экране осциллографа.

8.4 Разрешение по частоте

8.4.1 Разрешение по частоте должно быть достаточно высоким для того, чтобы выявить все собственные частоты испытуемой конструкции в частотном диапазоне намерений и получить точную оценку модального демпфирования.

8.4.2 Гармоническое возбуждение

Для разрешения резонансных частот при синусоидальном возбуждении с медленным сканированием или скачкообразно изменяющейся частотой необходимо, чтобы скорость изменения частоты возбуждения была достаточно мала (см. 9.2).

8.4.3 Многочастотное возбуждение

Для получения достаточного разрешения по частоте при возбуждении, описанном в 5.2.4-5.2.8, требуется обеспечить достаточно малую дискретизацию по частоте при использовании дискретного преобразования Фурье. Требуемое спектральное разрешение (расстояние между соседними составляющими в спектре) определяется плотностью расположения мод конструкции и коэффициентами модального демпфирования. Спектральное разрешение (в герцах) обратно пропорционально длительности обрабатываемой записи сигнала (в секундах).

Примечания

1 Ограничение длины записи (размера блока выборки сигнала) приводит к уширению реальных составляющих спектра и появлению боковых гармоник. Данный эффект может быть уменьшен благодаря умножению сигнала на подходящую весовую функцию, например окно Ханна (хэннинг).