這需要先構建被測結構的三維幾何模型。然而由于測試件在x、y、z坐標上尺寸和幾何的復雜性，創建測試件的三維模型往往具有挑戰性。

晶鉆儀器公司開發的振動可視化功能，只需要簡單的幾個步驟就可以生成任何復雜結構的三維幾何模型，而且可以顯示結構的變形動畫。這讓被測結構在振動測試過程中的振動強度可視化。

圖1 振動可視化過程概述

如上圖所示，通過智能手機拍攝的一系列二維圖片構建真實結構的三維模型。然后對結構進行振動測試，利用三維模型對振動進行實時可視化。

三維模型的振動可視化可以在測量過程中實時進行，也可以在測量完成后離線進行。實時動畫通過輸入通道(傳感器)的數據或RMS數據來顯示被測件在振動試驗過程中的變形情況。離線振動數據可以在時域和頻域進行可視化，時域動畫顯示各階振型的組合，而頻域動畫則將各階振型解耦并顯示各階振型。

有三種生成被測結構三維幾何模型的方法。

圖2 振動可視化過程的示意圖

晶鉆儀器公司的三維建模軟件采用先進的二維到三維重構技術，為復雜測試結構創建三維幾何模型提供了一個簡單的解決方案。這種方法不僅為用戶節省了大量的時間和精力，而且提供了一個非常簡單的精確模型。用戶只需拍下測試項目的照片并將其導入軟件，將上傳的圖像進行匹配，提取特征，經過點和面重構處理，構建結構的三維模型。這種方法非常容易使用，不需要任何手工勞動，比其他兩種方法快得多。

以下步驟簡要說明了二維到三維重構技術的工作原理。

影像捕捉

圖3 測試結構的捕獲圖像

用戶圍繞測試對象拍攝二維照片，這些照片可以用智能手機或相機拍攝。為了獲得準確的三維模型，建議用戶每15°左右拍攝一次，一共約24張照片。增加照片的數量可以提高模型的準確性，但可能會增加處理時間。

在晶鉆儀器公司的三維模型重構軟件中進行二維圖像到三維模型的重構

圖4 2D到3D重構過程截圖

1. 加載圖片

將二維照片導入軟件，進行圖像匹配和特征提取。

圖5 圖像加載到EDM 3D重構軟件

2.特征提取

根據三角測量原理，使用兩張相應的照片來確定測試對象的深度。15°間隔有助于獲得連續圖像之間的最優重疊，從而進一步提高圖像匹配。

圖6 特征提取過程的參數設置

CCD的尺寸由照片的像素數量和相機的焦距決定。更高的像素和更大的CCD尺寸意味著更好的照片分辨率。圖像比例尺基本上是指如果對照片進行重新縮放以完成圖像匹配過程。默認的匹配比0.6應該足以獲得圖像之間的良好匹配。這在良好的圖像匹配和快速的特征提取過程之間取得了很好的平衡。

圖7 特征提取過程截圖

3.稀疏點和密集點重構

從圖像中提取關鍵特征有助于建立測試結構的稀疏點模型，這是一個快速和粗略的模型創建過程。軟件可以為重疊點模型籌夠自動選擇初始圖像對。

圖8 重構過程的設置

利用特征提取和稀疏點重構信息生成密集點三維模型。

圖9 密集點重構過程

圖10 密集點模型屏幕截圖

4. 面重構

在面重構階段，通過自動連接密集點模型中的所有點，得到一個完整的三維模型。

圖11 面重構過程屏幕截圖

5.幾何編輯

一旦三維模型呈現幾何編輯器中，軟件中的各種功能可以用來修剪和修改三維模型的某些部分，以提高幾何模型的美觀。一個典型的操作是移除賽車模型的底板，如下面的截圖所示。得到的模型可以導出為.vvm格式，然后導入到EDM Model、VCS或DSA軟件用于振動可視化應用程序。

圖12 最終的3D模型

所構建的三維模型用于實時(在線ODS)顯示測試結構在測量過程中的振動，或在所有測量運行完成后顯示結構振動(時域和頻域)。這將在下一節中詳細討論。

圖13 重構3D模型過程概述

利用所建立的三維模型，可以在振動試驗和分析過程中，或振動數據保存和記錄后進行振動可視化。將傳感器安裝在測試結構上的不同測量點后，進行振動測試。將傳感器在測量點獲得的數據用于動態的三維模型。對實測數據進行全局插補，計算未測點在整個結構中的變形。振動可視化提供了測試結構在這些點上的動畫。

當三維模型可用時，來自信號的數據可用于結構的瞬時變形。通過振動可視化和等高線圖的信息，用戶知道測試件的哪一部分變形更大或更小，從而可以優化傳感器的位置。同樣，這一信息也可用于改變激勵位置，以獲得能產生最佳響應的位置。這些信息還可以用于通過降低測試量級來修改測試項目的控制譜，以防止對結構的任何損壞。

圖14 測試結構工作撓度形狀的實時振動可視化

在線振動可視化功能可以使用來自輸入通道的塊數據或RMS數據來動畫顯示測試結構在這些傳感器位置上所經歷的變形。塊數據用于被測結構的振動可視化的瞬時顯示。當傳感器的塊數據被用來可視化測試物體的振動時，動畫每40毫秒更新一次。塊選項更新過快，測試結構的振動可視化可能無法達到最大或最小變形。RMS選項顯示每個時間塊的RMS數據，有助于觀察測試結構變形的最大或最小位置。

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一個平衡良好的軸，在任何方向都不會移動，并會在（軸心軌跡）圖中間產生一個點。 軸運動可以給出振動源的指示，例如如果有很多上/下運動，可能是機座沒有擰緊。

要創建軌跡圖，您需要采用雙通道同時測量水平軸和垂直軸上的數據。位移或加速度傳感器位置必須相互間隔90°。

軸心軌跡顯示采用時域中的測量對。它不需要階次跟蹤技術。

圖1.構建軸心軌跡圖

軸心軌跡顯示格式類似于極點顯示，但它由2個彼此垂直的信號構成。通常，它與軸的當前旋轉速度相關聯。

圖2.帶有2個信號的軸心軌跡圖

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報警/中止和數據記錄

正弦跟蹤濾波系統提供了額外的安全與限制功能?？梢栽谛枰O測振動水平的位置為特定的輸入通道設置報警和中止限制。有了這個特性，可以設置更多的通道，并在任何通道超過指定的限制時用于啟動警報或中止事件。通過正弦掃頻跟蹤系統對正弦控制測試進行監控，可以在屏幕上以可視和音頻的方式顯示告警，并顯示相應的通道id信息。將配備的數字輸出通道連接到控制器的緊急停止開關上，正弦控制測試可在任何通道超過其中止限制時自動停止。

當進行正弦掃頻跟蹤測試時，可以記錄時間流數據。這對衛星測試至關重要。記錄的數據可以用正弦掃頻跟蹤或其他分析模塊進行重新分析，以便了解被測設備的振動情況。

典型測試

如下圖所示，一個典型的正弦掃頻跟蹤測試系統由一個振動控制器和一個動態信號分析儀組成。Spider-81為VCS提供8個輸入通道來運行正弦控制。通過將其輸出2(與COLA信號)?連接到運行正弦掃頻跟蹤的Spider-80X DSA模塊的輸入通道1，組合的系統提供了15個使用相同跟蹤濾波器且完美同步的輸入通道。隨著更多的模塊運用到Spider-80X，輸入通道數將根據用戶需求增加。

EDM配置

若要在Spider正弦控制器上配置COLA輸出通道，請轉到Config ->?Miscellaneous ->?Second Output選項卡，并將其設置為COLA Type 1:恒幅正弦;將幅值設為1 V。如果使用其他供應商的振動控制器，請確保它的COLA通道被設置為在恒定電壓電平下掃描驅動頻率。

要在分析器端設置正弦掃頻跟蹤測試，首先使用EDM創建一個測試。進入輸入通道表，將通道1的通道類型設置為COLA。每個正弦掃頻跟蹤測試需要一個COLA通道。在本例中，第一個輸入通道設置為COLA通道。當然，任何一個輸入都可以是COLA輸入通道。在Test?Configuration下的Test parameters選項卡中可以找到正弦掃頻跟蹤參數。所有的參數都應該匹配正弦控制器的設置。COLA的振幅由正弦控制器的COLA輸出設置決定。低頻和高頻參數必須與正弦控制器的測試目標譜相匹配。正弦控制器可以在啟動DSA正弦掃頻跟蹤測試之前或之后啟動。

“數據復制功能”的歷史及其變化

過去數據跟蹤技術曾被廣泛的應用，當時振動控制器只擁有很少的輸入通道，但需要對數百個通道進行數據采集和分析。20年前，大多數振動控制器只具備4到8個輸入通道。為了讓大型測試有更多的輸入通道，用戶需要連接另一個數據采集系統，該系統有一個大的輸入通道，這就是所謂的“數據復制”，在控制器通過小的輸入通道操作時同時獲取數據。

當數據復制在一個正弦數據采集系統中執行時，跟蹤濾波器產生的掃描頻譜將被記錄下來。在隨機數據采集系統中，只記錄FFT生成的PSD。不記錄原始的時間流。

隨著Spider系統的不斷完善，特別是其網絡結構的實現，使我們的振動控制器可以將輸入通道擴展到數百個(256、512等)，因此不再需要數據復制功能。用戶可以使用部分輸入通道作為控制通道，其余通道可以同時設置為監控、限制、記錄或中止通道。許多其他廠商也有這種理念。

在典型的正弦測試中，舊的方法是使用COLA通道將掃頻信息從控制器傳輸到數據復制系統。在新的Spider系統中，頻率信息通過以太網從控制器傳遞到所有采集模塊。

Spider振動控制儀中強大的新設計取代了舊的數據復制概念。但如果因為需要遵循舊有的實驗標準，用戶仍然傾向于使用“數據復制技術”，晶鉆儀器依舊提供如上所述的功能。

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最有用的測量是階次譜和階次跟蹤。階次譜顯示的是信號作為參考軸的旋轉頻率的諧波階次功能的幅值。這意味著，一個諧波或子諧波階的組成保持在相同的分析線（在相同的水平位置），而不管該計算機的速度。

觀察一個給定的階次和RPM測量量綱對比變化的技術稱為跟蹤，作為被跟蹤的旋轉頻率并用于分析。大部分激勵機器的動態力發生在多個旋轉頻率，因此這樣的解釋和診斷使階次分析大大地簡化。

階次跟蹤是簡單的在單獨的一個階次對比于機器軸轉速（RPM中）的測量幅值的歷史。也有其它類型的跟蹤功能。例如，你可以跟蹤基于FFT的PSD譜，對比于RPM的一個固定的帶寬或一個倍頻程帶寬；所有的這些都是跟蹤功能。

Spider功能

晶鉆儀器Spider的處理程序包括執行階次跟蹤功能。有了晶鉆儀器的階次跟蹤包，Spider可以:

• 同時測量和可選地記錄兩個(模擬或數字)轉速表脈沖信號。
• 同時測量和可選地記錄1到8個模擬動態響應信號。
• 處理兩種轉速表信號，以產生高保真度轉速和時間速度信號(Tach Ch1和Tach Ch 2)，這些信號可以依次記錄。
• 測量恒定頻率范圍，也稱為FFT頻譜，最高可達128個通道(需要多個Spider模塊)。
• 測量最多128個通道的階譜。
• 用階段來測量階次跟蹤到128個通道(可以包括多個訂單，包括每個通道的部分訂單)。測量固定頻帶內的能量和RPM，最高可達128個頻道。

階次跟蹤應用

階次跟蹤有幾種不同的應用，以下給出的是一些討論。

第一種應用，通常被稱為向上運行/向下運行，是用來調查一臺機器當在整個運行范圍上運行的RPM是變化時的動態響應。這種情況， RPM范圍可能非常大，從一個很小的 RPM 到 10,000 RPM。這些測試是在汽車或飛機發動機運行，以及當調試全新或翻新的固定加工設備時。測量可以是任何物理量如聲音，位移，速度，加速度，轉矩等。測量分析可以是振幅或階次的功率，一個固定頻帶上的能量，一個倍頻程濾波器的容量等等。這種類型的測量中最重要的結果是相對于RPM的響應的幅度。

第二應用是在機器執行其正常的任務時，監測測量機器的位移，速度，加速度，壓力，電流或聲音。該儀器測量指定階次的振幅和其相對于參考轉速計的輸入信號的相位。相位計算相對于轉速計輸入或單獨的參考輸入。這個應用是普遍用于設備診斷和平衡。這種情況下，操作中的RPM是相對穩定的。階次跟蹤技術對增加階次估算精度是有用的。

階次跟蹤信號的相位對在向上運行/向下運行期間旋轉機械的研究非常有用。這是常常用“波特圖”呈現，用來表達共振/激勵交叉點是有用的。波特圖是從控制理論借用一個概念；它在一個不斷變化的轉速范圍內可同時提供振幅和相位數據(即向上運行/向下運行)。一些的設置信息取決于轉速的變化率。向上運行或向下滑行可以采取到從幾分鐘到幾個小時的任何地方（如用于在渦輪機的冷啟動）。

了解階次跟蹤

分辨率和范圍

在固定帶寬操作中，一個分析器從模擬的時間-歷史記錄中收集N個連續的樣本，其采樣率為fs。模擬信號是預先過濾的低通抗混疊濾波器設置到期望的分析頻率范圍，Fspan和采樣率設置為k Fspan，其中k是一個常數特定于信號分析儀。每一個被捕獲的時間歷史都被轉換成一個頻譜。下面的跨度和決議的結果如下:

Dt = 1/fs= 1/ k?Fspan? 間隔時間點(S)

Tspan =?NDt ??每次捕獲或存儲負載期間的持續時間

DF = 1/Tspan?在相鄰頻率點之間的差異(Hz)

Fspan= NDF / k?頻率范圍(Hz)

在階次-標準化(階次跟蹤)分析中，頻率范圍和采樣率必須與機器速度成比例。這是通過測量軸轉速和轉速表，并推導出一個樣本速率等于k乘以瞬時軸轉速。Ospan是在頻譜中測量的最大軸速指令數(倍數)。有效的抗混疊濾波器必須不斷調整，以限制輸入信號的帶寬到軸轉頻率。這導致了以下跨度和決議:

DR = 1/fs= 1 / k Ospan???????相鄰信號樣本之間的軸角(旋轉)

Rspan?= NDR ?????????????????????每個內存捕捉(轉數)的匝數

DO = 1/Rspan??????????????????????相鄰命令點(命令)的差異

Ospan= NDO / k ? ? ??? ? 階次范圍 (階次)

典型的階次分析程序需要在每條最大階次的2.56到4個樣品之間。這是相同的k倍數，將分析儀的采樣率與正常的固定帶寬分析中所研究的頻帶相關聯。精確的數值是由動態信號分析儀的設計細節決定的。

分析的概念

振動信號由ADC采樣，該ADC運行于恒定的102.4 kHz采樣率，并受固定頻率抗混疊濾波器的保護。

這個過濾器的帶寬，Fspan，是這樣選擇的

Fspan > RPMmax x Ospan / 60

其中RPMmax為最大機械軸轉速分析，而Ospan為軸旋轉最大順序分析。采樣率，fs，被設置為一個故意高值的輸入過濾器。

所產生的高度過采樣的數字時間歷史被傳遞給數字重建(放大-插值)濾波器的輸入存儲器。當這個過濾器更新在輸入采樣率時，這個低通濾波器的輸出在每軸轉速的固定次數采樣。這些樣本時間不是一致的。更確切地說，每個樣本都是在其前身的一個軸旋轉的時候進行的。這些固定角度的采樣時間是計算從轉速表信號的連續周期。

測速脈沖序列應用于精確的計時電路，該電路測量相鄰脈沖之間的時間。最近的兩個周期被發送到曲線擬合和插補模塊，它們計算適當的時間來采樣插值濾波器的輸出。采樣時間是基于假設軸在相鄰的轉速表脈沖之間有一個恒定的角加速度的假設計算的。這一實時過程接受輸入(n)和輸出(n)脈沖每革命的采樣常數，允許使用一個或多個等間隔的轉速計脈沖每軸旋轉。

由此產生的數字角度-歷史記錄為后續FFT和平均處理。插補過濾器引入了ADC輸入與角度歷史呈現之間的處理延遲。然而，這一延遲會影響所有的通道，而且過程會實時地進行，而不會妥協。

在數據重采樣后，離散傅里葉變換(DFT)算法可以將角度歷史轉換為有序域。雖然許多競爭系統都采用了“兩級”fft，將塊大小限制為二進制數，但晶鉆儀器采用了一種更靈活的算法，允許這個維度是質數的乘積(即1、2、5)，這就允許在所有域中選擇“好的數字”來進行解析和跨越。

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圖1 用于計算SRS的多自由度系統模型的說明

圖2 完整的倍頻程濾波器的形狀

圖3 SRS的測量量

圖4 SRS分析參數和合成參數

圖5 SRS頻譜

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例如，用戶可能需要查看一個特定頻率帶寬內的能量分布，而不是整個頻譜。這可以通過創建帶通濾波器然后將RMS算子應用于濾波器的輸出來完成。

下圖顯示了用于在EDM軟件中定義實時過濾器的流程圖。左側的圖標CH1表示需要被測量的原始時域信號。它連接到一個IIR濾波器，IIR濾波器計算一個名為iirfilter(ch1)的信號，該信號再連接到RMS算子。 RMS算子的輸出rms(iirfilter(ch1))的信號。

圖1? 實時數字濾波器應用實例

實時數字濾波器包括三種類型的數字濾波器：有限脈沖響應濾波器（FIR），無限脈沖響應濾波器（IIR），抽取濾波器。對于FIR和IIR濾波器，你可通過多種方式指定為：低通，高通，帶通或者帶阻濾波器。

本章首先解釋了一些濾波器的設計理論，然后介紹EDM軟件和Spider設備中的濾波器操作。

濾波器設計的目標是根據用戶指定的標準計算一系列濾波器系數。這些標準通常由以下變量描述：

濾波器系數的數量：這也被稱為過濾器的階次。過濾器的階次決定了需要用多少系數是來定義濾波器。濾波器階次越低，包含的系數越少。但是它的響應卻比高階次的快，因此濾波器的輸入和輸出之間的時間滯后更少。

截止頻率：對于低通或者高通濾波器，只需要一個截止頻率。帶通或者帶阻濾波器則需要兩個截止頻率來定義濾波器。圖2顯示了典型的帶通濾波器設置，其中兩個截止頻率設置為約0.1和0.4Hz。

阻帶衰減：這個規范定義了多少輸入信號在阻斷的頻率范圍內會被截斷。理論上來說，衰減越高，過濾得效果越好。在圖2中，低于0.25Hz的最大帶阻衰減大于40dB。

通帶波紋：這是數字濾波器中一個不可避免的特性。它指的是過渡頻率外的濾波形狀的波動。如果需要一個非常平坦的濾波器，那就可以選擇一個比較低的帶通波紋。圖2中，在帶阻的區域可以看到波紋，但是在帶通的區域看不到波紋。理想情況下，通帶應該是非常平坦的，在阻帶的地方可以有波紋。

過渡頻帶寬度：這指的是通帶和阻帶區域之間的過濾器波形。理想情況下，這個過渡頻帶應該是非常小的。但是，一個很窄的過渡頻帶需要一個更高階的過濾器，它影響了過濾器的響應時間，也可能會影響波紋。在圖2中，過濾頻帶是0.05至0.1和0.4至0.45。

圖2 濾波器設計顯示截止頻率、波紋、阻帶衰減

大多數情況下，濾波器設計包括最小化濾波器的階數，波紋，過渡頻帶寬度，和響應時間之間作出權衡。?不是所有條件都可以同時滿足。 過濾器設計可以是一個反復的過程，而不同濾波器的作用不同，濾波器模式選擇經驗是有幫助的。

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點擊這里下載自動測試計劃和閾值測試功能的完整介紹

自動化生產測試在當今競爭激烈的制造環境中至關重要。企業不能再依賴于以實驗室為基礎的生產線所帶來的可變成本、不均勻性和潛在的健康危害。這同樣適用于聲音和振動測試，從過程中的老化測試到產品驗證和驗證測試。目前制造的測量工具和智能包括數據采集設備和閉環控制。雖然這些系統可能不參與任何產品的組裝，但它們同樣重要，以確保在組裝線和產品出廠時，對這兩個部件進行質量控制。

晶鉆儀器已經制定出一種協同的解決方案，包括定制的硬件和應用軟件。我們的Spider-80X模塊是一個完整的多通道分析儀與振動控制器，與IEEE 1588精密時間協議(PTP)時間以太網通信。它可以用工作站或PC和我們的工程數據管理(EDM)軟件完成多個復雜的測量任務。此后，PC可以(可選地)斷開連接，并在黑盒模式下運行，而不需要附加的計算機。Spider的控制可以通過蘋果平板電腦iPad使用我們的EDM iPad應用程序。

EDM是我們所有振動控制系統(VCS)和動態信號分析儀(DSA)的標準化人機接口。無論具體的應用程序、通道數或語言(英語、日語、中文、俄語)，用戶界面都呈現相同的外觀和感覺。通過EDM，用戶可以創建自定義接口，并大大簡化了特定產品測試的操作界面。用戶還可以使用XML、OpenOffice、PDF和Microsoft Word模板生成自定義報告。

Spider API是與LabView、Matlab和其他腳本軟件集成的網關。除了Microsoft Windows之外，Android、Linux和iOS都可以運行Spider。一個單獨的iPhone、平板電腦或個人電腦可以在分散的地點控制多個Spider，在單一的控制屏幕上運行不同的測試。

事件操作規則(EAR)允許用戶自定義系統對每個測試事件的響應。用戶定義的事件包括:信號超過一個限制的配置文件，信號小于一個限制概要文件，正常的測試結束，丟失的信號或者在VCS測試中遇到的任何事件的數量。響應包括:停止測試、啟動不同的測試、閃爍控制屏幕、啟動記錄、發送屏幕消息、發送文本消息或發送電子郵件。用戶可以使用EAR編程。每個事件都記錄在云服務器上，并由定制事件字符串的文本(僅在EDM云上)標識。

極限測試(LT)可以應用于一個時間塊、自動譜、FRF、相干、倍頻程、聲級計、RMS或峰值。通過對比自定義測試信號來測試頻譜和時間歷史;一個必須綁定被測信號的模板。每個測試信號可能是一個上限或下限，可能包含多達64個段。多達64個測試信號可應用于單個測量。

電子產品的老化測試是一種很容易通過聲音和振動測試儀器實現自動化的測試。例如，考慮手機，這是一種消費產品，它包含了擴音器和揚聲器。這兩個音頻組件幾乎總是需要通過一個burn-in測試來運行，這個測試很容易使用Spider-80X來實現自動化。Spider-80X提供了一個刺激的可編程函數發生器和數據收集輸入通道。

測試的方法各不相同，但原理是相同的。Spider-80X的兩個輸出通道之一，通過一系列音頻或脈沖來測試手機的接收器，而輸入通道則通過揚聲器播放預先錄制的聲音片段。可以收集時間波形數據或頻譜數據，并在晶鉆儀器工程數據管理（EDM）軟件中設置通過/失敗容差。

可伸縮性是自動化帶來的好處之一，這也是為什么Spider-80X被設計成一個網絡設備的原因。在Spider-80X上有一個以太網連接，多個前端連接在一個時間內測試幾十個甚至上百個手機。這可能看起來有點過分，直到有人考慮使用不僅僅是每個手機的一個擴音器，而是使用一個擴音器陣列來捕獲和映射一個平面響應，甚至是一個三維的聲音環繞在手機周圍的聲音。

然而，老化測試并不是唯一一種用聲音和振動儀器進行的自動化生產測試。產品驗證和驗證也是生產線測試的重要組成部分。這些測試包括驗證傳入的組件，以及驗證從它們組裝的成品。

幾乎所有的渦輪機制造商都仔細地調整了他們的蒸汽和燃氣輪機的組件葉片。這涉及到精確測量每個葉片的一個或多個振動模式的固有頻率，而葉片是由一個標準化的固定裝置所約束的。不同的制造商采用不同的方式進行這種測試，但都依賴于測量葉片的強迫振動響應。最精確的頻率決定是由頻率響應函數(FRF)做出的，其中，刺激的力和產生的振動都是同時測量的。

其他產品的質量檢查是一致的自然頻率，表明一致的幾何學。通常，每一種模式的阻尼因子也被測量，并被用來表示適當的裝配和從破裂的部件中獲得的自由。舉個例子，用錘子和擴音器對大型炮彈進行脈沖測試。當它被擊中時，外殼就像一個鈴鐺。每個外殼必須在一個可接受的散射帶內顯示固有頻率。對具有高阻尼因子的殼體進行了裂紋檢測。

頻率響應函數描述了測量的輸入和輸出之間的線性關系，并傳遞了大量的信息。伴隨雙通道測量，相干函數，確定兩個信號是否線性相關。它是一個理想的流量線性度指標，是大多數電子電路和許多機械結構的一個重要特征。

推薦自動化生產測試

依靠聲音和振動的自動化生產測試是一個解決方案。雖然測試技術可能會改變最終目標不變；也就是屏蔽不良產品進出的大門。在這里，Spider-80X提供了明顯的優勢，這取決于生產線。對于移動的生產線，可以設置Spider-80X接受非接觸式激光位移探測器進行振動測試。

Spider-80X動態數據采集系統

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1. 對于動態數據采集和數據記錄，所有輸入通道的樣本必須精確同步。時間同步精度必須優于100ns(或20kHz的1度相位匹配)。
2. 每個通道的數據記錄功能的采樣率必須高達100kHz，以覆蓋聲音和振動應用的有效頻率范圍。
3. 數據存儲介質必須可靠、抗沖擊、振動。使用機械硬盤不能用于此應用程序。
4. 數據記錄設備中的數據存儲必須至少有幾百GB。
5. 數據必須可靠存儲且不丟失動態范圍。一個32位的浮點格式是首選。
6. 一些客戶可能需要一個便攜式數據記錄解決方案。
7. 一些客戶可能需要數百個輸入通道來滿足他們的數據記錄需求。
8. 數據記錄模塊必須有容納各種振動和聲學傳感器的輸入通道。
9. 數據記錄操作由各種事件觸發，例如級別或邊緣觸發器、計時器、警報或中止限制事件等。
10. 用于數據記錄的后處理軟件必須能夠有效地處理非常大的文件，以便回放、處理和導出數據文件。

晶鉆儀器提供了兩種解決方案，用于滿足上述所有需求的長期數據記錄，這里介紹高通道數據記錄解決方案。

在各種激勵條件下，對UUT系統的特性進行了實驗測量。這些特征包括:

高通道道數系統的數據記錄

該數據記錄解決方案是Spider-NAS。它是高通道數數據采集和數據記錄的理想數據記錄解決方案。

Spider-NAS(網絡附加存儲)是一種專用的數據記錄存儲設備，它與CI的前端模塊一起工作，包括Spider-80X、Spider-81和Spider-DAQ。八個高速數據總線接口直接與每個Spider前端模塊。在數據記錄操作過程中，以太網端口用于配置和控制Spider-NAS。

一種高性能固態硬盤被用作存儲介質。當記錄時，數據將以NTFS文件格式寫入。數據通過晶鉆儀器工程數據管理軟件從Spider-NAS轉移到PC。另一種選擇是刪除SATA硬盤連接到PC上。

第二個SATA硬盤可以附在Spider-NAS上。這個磁盤可以與第一個磁盤的用途相同。用戶可以插入自己2.5英寸的固態硬盤。

這些Spider-NAS從工廠運來，安裝了固態硬盤，容量為250GB。固態驅動器在高沖擊和振動環境下性能良好。

每個專用數據端口的理論速度可以達到480 Mbits/秒。在實際操作中，該系統可以同時存儲所有動態測量通道的數據，達到100 kHz采樣率。

開發了一種特殊的校驗算法，用于檢測和避免數據傳輸和存儲過程中出現的錯誤。

Spider-80X:可伸縮的高通道計數數據記錄系統。

Spider-NAS:高通道數數據記錄解決方案

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IEPE(ICP?)接入允許直接連接使用時預極化的ICP麥克風前置放大器。傳統的電容麥克風也很容易通過將來自麥克風電源的電壓信號與輸入通道連接起來。使用波形發生器可以產生白噪聲和粉紅噪聲信號。這個特性在使用揚聲器進行吸收測量時非常有用。

實時倍頻程分析

Spider硬件的聲學數據采集軟件選項包括實時倍頻程濾波器、聲壓級和麥克風校準功能。這三種操作允許用戶執行許多聲學測量操作。

倍頻程分析選項適用于1/1、1/3、1/6、或1/12倍頻程的實時濾波器組。輸入時間流被分割成部分頻率波段信號(倍頻程波段)，可以保存。頻率加權可以應用于倍頻程頻帶模擬人的聽覺，時間加權可以用來調整對短時間事件的靈敏度。由此產生的倍頻程譜可以定期保存，并在瀑布圖上顯示，以觀察頻譜如何隨時間變化。RMS時間歷史也可以被保存為一個給定的倍頻程帶的時間軌跡。

1/1和1/3倍頻程分析是使用一種具有降采樣技術的實時帶通濾波實現的。數據流是連續處理的，并被輸入到帶通濾波器中。然后將帶通濾波器應用到降采樣濾波器(decimation technique)的每個階段的輸出。這提供了非常精確的濾波器形狀，符合全球聲學標準:ANSI std. s1.11 2004, Order 3 Type 1-D和iec61260 -1995。

聲學測量:聲級計

聲級計(SLM)是聲學數據采集軟件中的一個相關應用。這個模塊也被稱為總量級測試。SLM將一個頻率加權濾波器應用到輸入信號和時間加權到濾波器的輸出。然后從該頻率加權濾波器的輸入和輸出信號中提取各種聲學測量值。

你所期望的聲學測量的所有特征值都可以測量，然后是一些A、B、C和線性加權函數;快速、緩慢、脈沖和峰值檢波器;用戶可選擇高、低通濾波。所有CI儀器所提供的極高的動態范圍，使人們不用擔心設置電壓量程非常好，從而避免了低范圍或過載的情況。

內置麥克風校準

使用傳統的麥克風校正器和在線校準功能，可以很容易地處理麥克風的標定。簡單地定義參考信號的頻率和振幅，CI系統將自動檢測到校準信號被應用到的輸入通道，然后計算所需的校準常數。計算偏移量并存儲以供以后參考。還可以通過在通道參數設置頁面中直接輸入麥克風靈敏度值來實現校準。

同時記錄時間波形和倍頻程分析。

Spider具有同步的時間流記錄功能，原始時間數據可以記錄到內部閃存或外部專用的Spider NAS固態硬盤上。

所有輸入通道的原始時間數據可以在全頻段記錄。在記錄后，可以通過使用后處理來處理保存的文件，它提供了與實時模式相同的分析算法。

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動態信號分析儀的一個常見應用是測量機械系統的頻率響應函數(FRF)。這也稱為網絡分析，系統的輸入和輸出同時測量。通過這些多通道測量，分析儀可以測量系統如何“改變”輸入。一個常見的假設是，如果系統是線性的，那么這個“變化”被頻率響應函數(FRF)充分描述。事實上，對于線性和穩定的系統，只要知道頻率響應函數，就可以預測系統對任何輸入的響應。

寬帶隨機、正弦、階躍或瞬態信號在測試和測量應用中被廣泛地用作激勵信號。圖1說明了一個激勵信號x，可以應用于一個UUT(測試單元)，并生成一個或多個由y表示的響應，輸入和輸出之間的關系稱為傳遞函數或頻率響應函數，由H(y,x)表示。一般來說，傳遞函數是一個復雜的函數，描述系統如何將輸入信號的大小和相位作為激勵頻率的函數。

在各種激勵條件下，對UUT系統的特性進行了實驗測量。這些特征包括:

• 頻率響應函數(FRF)，通過以下參量描述:
• 增益頻率函數。
• 相位頻率函數。
• 共振頻率
• 阻尼因素
• 總諧波失真
• 非線性

圖1 左 一個UUT對應一個響應 ；右 一個UUT對應兩個響應

利用寬帶隨機激勵的FFT、交叉功率譜法測量頻率響應。寬帶激勵可以是高斯分布的真隨機噪聲信號，也可以是一個偽隨機信號，其振幅分布可以由用戶來定義。寬帶這一術語可能具有誤導性，因為一個好的實現的隨機激勵信號應該是頻帶有限的，并由分析頻率范圍的上限控制。也就是說，激勵不應該激發高于測量儀器所能測量的頻率。隨機發生器只產生頻寬在分析頻率范圍內隨機信號。這也將把激發能量集中在有用的頻率范圍，以提高測試動態范圍。

寬帶隨機激勵的優點是它能在短時間內激發寬頻段，因此總測試時間較短。寬帶激勵的缺點是其頻率能量在短時間內廣泛傳播。每個頻率點激發的能量貢獻遠小于總信號能量(大概是-30到-50dB小于總數)。即使對于頻率響應函數(FRF)估計有一個大的平均數字，寬帶信號也不能有效地測量UUT的極端動態特性。

掃頻正弦測量，優化了每個頻率點的測量值。由于激勵信號是一個正弦波，在某一時刻其所有的能量都集中在一個頻率上，改進了寬帶激勵中的動態范圍不足的缺點。此外，如果頻率響應幅值大小下降，響應的跟蹤濾波器可以幫助接收到非常小的正弦信號。只要優化每個頻率的輸入范圍，就可以將測量的動態范圍擴展到150分貝以上。

用掃頻正弦測量頻率響應函數

用固定頻率的正弦信號表示如下頻率響應函數公式:

其中t代表時間。掃頻正弦信號的頻率變化通常受兩個極限的限制。頻率變化可以是線性尺度或對數尺度根據不同的用戶需求。掃頻正弦信號可由以下參數定義:

• 低頻率邊界，簡稱低頻。
• 高頻率邊界，簡稱高頻。
• 掃頻模式，無論是對數的還是線性的。
• 如果掃描模式是對數的，或者在Hz/Sec中，掃頻模式是線性的，那么在倍頻程/分鐘內的掃頻速度。
• 正弦信號的振幅，A(f, t)，它可以是一個常數，也可以是時間和頻率的變量。

瞬時頻率表示掃頻正弦的當前頻率。它是一個變化的變量，通常在屏幕上顯示為掃頻頻率。

在測試期間，可通過控制、恢復、跳轉或暫停控制來手動控制掃頻頻率。

不像某些數字信號分析(DSA)產品，在一個序列中使用多個離散的步進正弦信號進行掃頻正弦測試，CI掃頻正弦測試使用一種真正的數字合成技術，用極類似的平滑過渡從一個頻率到另一個頻率產生正弦掃描。這就確保了在測試中沒有發生劇烈的過渡，不會使UUT受到沖擊振動。圖2顯示了一個帶有1.0 Vpk的典型的掃頻正弦信號。

掃頻正弦可以用線性或對數形式掃過。線性掃描意味著頻率將以恒定的速度變化，單位為Hz/秒。在這種情況下，掃描速率是恒定的，在所有頻率下是相同的。另一種方法是，可以將掃描模式設置為對數或對數。在對數模式下，在低頻時，掃頻速度較慢，頻率較高時速度較快。在對數模式下，掃描速度單位為倍頻程/分鐘。

圖2:典型的數字合成掃頻正弦信號

測量和顯示數百個FRF信號的能力。

在PC FRF中，FRF信號由PC而不是Spider來計算。由于PC FRF依賴于PC的資源，它比Spider的處理器更強大，因此可以同時計算數百個FRF信號而不消耗Spider的資源?？梢灾付ǘ鄠€通道作為引用通道。測量和顯示數百個FRF信號的能力。

線性系統的輸入(力激勵)與輸出(振動響應)之間的關系為:

[H]{ Y } = { X }

其中{Y}和{X}分別是在模型中不同的DOFs中包含響應譜和激發譜的向量，而[H]是包含這些DOFs之間的FRFs的矩陣。

上面的方程也可以寫成:

其中Yi是DOF i的輸出譜，Xj是DOF j的輸入譜，Hij是DOF j和DOF i之間的FRF，輸出是由每個輸入引起的單個輸出的和。

根據測量的自譜和互譜，以及輸入和輸出之間的互譜來估計frf。不同的計算方案(估計量)可用來優化給定測量情況下的估計(噪聲、頻率分辨率等)。

對于單個輸入的經典情況，上面的方程給出了任意DOF i的輸出，其輸入為DOF j，如下:

Yi = HijXj或Hij = Yi/Xj。

因為輸入是零，在所有的DOFs，除了j。

FRF Hij可以用各種經典估計量來估計，例如:

H1 = Gxy / Gxx

或

H2 = Gyy / Gyx

Gxx和Gyy分別是輸入和輸出的自譜，Gxy是輸入和輸出之間的互譜，而Gyx是輸出與輸入之間的互頻譜(即:，Gxy的共軛復數。H1有能力，通過平均，消除不相關的噪聲對輸出的影響，而H2有能力，通過平均，消除不相關的噪聲對輸入的影響。與H1相比，H2在頻率分辨率不足(稱為分辨率偏差)引起的共振峰上的偏置誤差較小。

Spider能同時測量和顯示數百個FRF信號。用戶可以通過不斷更改激勵和響應通道來手動創建FRFs列表，以生成FRF信號的所有可能組合。

推薦頻測量

利用晶鉆儀器對頻率響應函數(FRF)的測量，推薦了CoCo-80X(和CoCo-90X)，以及Spider系列動態信號分析儀和振動數據采集儀。

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