Kılavuz · Bölüm 5
Ölçüm sinyalleri ve modal test
Kiplere ulaşmanın öbür yolu: onları ölçmek. Bu bölüm bir kaydı dosyadan alıp kimliklendirilmiş modal parametrelere götürür, sonunda da grafiklerin arkasındaki sayıları verir: çözünürlük, pencereleme, ortalama alma, dB referansları.
1 · Ölçümü içe aktarmak
Dosya ▸ Sinyal İçe Aktar… (WAV/CSV/UFF) ya da Ctrl+I. Üç biçim girer:
| WAV | Örnekleme frekansı ve kanal sayısı dosyadan gelir. WAV örnekleri boyutsuzdur; onu ölçüme çeviren şey aşağıdaki ölçek çarpanıdır. |
|---|---|
| CSV | İlk sütun saniye cinsinden zamansa örnekleme frekansı ondan türetilir. Zaman sütunu yoksa inWaves durur ve sorar: tek alanı Örnekleme frekansı olan bir CSV örnekleme frekansı penceresi (varsayılan 48000 Hz). Vazgeçmek içe aktarmayı iptal eder. |
| UFF | Zaman kayıtları dataset 58'den okunur; bu dataset pencereyi önceden dolduran birim ipuçlarını da taşır. Dataset 58 içermeyen bir UFF, bunu söyleyen bir iletiyle reddedilir. |
Ardından birim atama penceresi açılır. Dosya adını, kanal sayısını, örnekleme frekansını ve süreyi gösterir; sonra her kanal için üç şey ister:
- Büyüklük: İvme, Hız, Deplasman, Ses basıncı, Kuvvet ya da Gerilim.
- Birim: liste büyüklükle değişir. İvmede m/s², g, mm/s²; basınçta Pa, kPa, mPa; kuvvette N, kN. Her şey girerken SI'ya çevrilir ve öyle saklanır.
- Ölçek: ham değerden birime çarpan, yani hassasiyet düzeltmeniz. Fiziksel değer = ham değer × ölçek. [−1, 1] aralığındaki ham bir WAV, 2,0 ölçekle seçtiğiniz birimde ±2 okuyan bir sinyale dönüşür.
Pencere zorunludur: birimsiz veri projeye giremez. Pencereyi kapatırsanız içe aktarma bırakılır.
İçe aktarılan sinyaller ağaçta Sinyaller altına düşer.
2 · Ölçüm yerine tahrik üretmek
Sanal bir test kurmak için ölçüm dosyası şart değildir. Ağaçtaki Sinyaller başlığında duran + düğmesi, Sinyal oluştur (çekiç, step, süpürme…), Sinyal Oluştur penceresini açar. Bir tür seçin, projeye eklemeden önce çizimini görün:
- Çekiç darbesi (yarım sinüs): darbe testinin standart tahriki. Kullanılabilir bant genişliği darbe süresinden çıkar; sinyal eklendiğinde inWaves tahrikin hangi frekansa kadar düz kaldığını bildirir.
- Basamak (yükle-bırak): yükle ve bırak.
- Süpürme (doğrusal): bir bant boyunca sarsıcı süpürmesi.
- Beyaz gürültü: geniş bantlı; açık bir tohumla üretilir, aynı sinyal yeniden oluşturulabilir.
Büyüklük alanını doldurun: Kuvvet, İvme, Hız, Yer değiştirme ya da Basınç. Üretilen sinyal de içe aktarılanla aynı kurala tabidir: birimsiz veri yok. Projeye Ekle deyin, sinyal ölçümlerinizin yanında belirir.
3 · Bir sinyale bakmak
Sinyali seçtiğinizde özellikler panelinde Örnekleme, Süre, Kanallar ve Kaynak görünür; altındaki Kanallar (satır seç → aktif kanal) tablosunda her kanalın Büyüklük ve Birim bilgisi vardır. Tıkladığınız satır aktif kanal olur; aşağıdaki her grafik onun üstünde çalışır.
Grafikler altında beş görünüm var:
| Zaman | Gerçekte ne olduğu, sırasıyla. Kırpılma, kayma, çift çekiç vuruşu, bir çınlamanın sönüm zarfı. |
| Spektrum | Hangi frekanstan ne kadar var; kanalın kendi biriminde ve genlik düzeltmeli. |
| PSD | Hertz başına güç, segmentler üzerinden ortalanmış (Welch). Tek bir spektrumun okunamayacak kadar gürültülü kaldığı geniş bantlı ve rastgele sinyaller için. |
| Spektrogram | Frekansa karşı zaman. Rampalar, geçici olaylar ve değişen her şey için: devirle kayan bir rezonans tek bir spektrumda görünmez. |
| Waterfall 3D | Aynı bilgi, döndürebildiğiniz bir yüzey olarak; dilimler boyunca süren bir sırt tek seferlik olaydan ayrılır. |
Frekans çözünürlüğü Δf = 1/T'dir; T, tek bir dönüşüme giren veri uzunluğudur. Yakın iki rezonansı ayırmak uzun bir T ister, geçici olayda ise uzun T yoktur: çekiç vuruşunun üstüne oturtulan 4096 örneklik pencere darbeyi pencerenin tamamına yayar. Durağan sinyalde spektrum, değişende spektrogram. İki tepe ayrılmıyorsa daha uzun kayıt alın. Sayılar 7. bölümde.
Her çizgi grafiğinde aynı araç çubuğu vardır: Kutu ile yakınlaştır, Yakınlaştırmayı geri al, tam görünüme dönmek için Sıfırla ve PNG için Görsel kaydet. Grafikler sekme olarak açılır; bir sekmeyi sabitlerseniz o grafik durur, sonraki çözüm yeni sekme açar. Bölünmüş görünüm: grafik + 3B sahne yan yana ise grafiği geometrinin yanına koyar.
Dinle / indir altında ▶ Çal aktif kanalı çalar, WAV ve CSV onu dışa aktarır. Panel, RMS ve tepe değerini kanalın kendi biriminde yazar; basınç kanalında buna 20 µPa referanslı ses basınç seviyesini ekler. Basınç olmayan kanalların çalınması sesleştirmedir ve panel bunu belirtir.
4 · Modal kimliklendirme
Bunun için çok kanallı bir ölçüm gerekir: bir kanal tahrik, ötekiler cevap. Tek kanallı bir kayıttan FRF çıkmaz ve düğme gri kalmak yerine bunu söyler.
Tahriki seçin. Panelin modal analiz bölümünde çekiç ya da sarsıcı kuvvetini taşıyan kanalı seçin. Kalan her şey cevap sayılır.
FRF'i hesaplayın. FRF + Koherans, Welch ortalamasıyla H1 = Sxy/Sxx kestirir ve genliği Frekans [Hz]'e karşı çizer; altında Koherans [-] durur.
Tepelerden önce koheransı okuyun. Koherans, cevabın tahrikle doğrusal olarak açıklanan kesridir; 0 ile 1 arasındadır. Bir bant boyunca 1'e yakınsa oradaki FRF'e güvenilir. Çukur, işin içine başka bir şeyin girdiğini gösterir: gürültü, ölçülmemiş ikinci bir girdi, bir doğrusalsızlık, tıkırdayan bir bağlantı ya da çekiç ucu fazla yumuşak olduğu için o frekansta enerji olmaması. Koherans çukuruna oturan bir tepe, ölçtüğünüz bir kip değildir. Koherans anti-rezonanslarda haklı olarak da düşer; o çukur dardır, kötü ölçümünki geniştir.
Stabilizasyonu koşun. Stabilizasyon, FRF'i artan mertebelerde rasyonel bir modelle uydurur ve bulduğu her kutbu çizer. Mertebe yükselirken aynı frekans ve sönümle yeniden beliren kutup fizikseldir; gezinen kutup uydurmanın sayısal artığıdır. Fiziksel kutuplar kararlı işaretlenir, tıklamak kip frekanslarını seçer. Bir FRF tepesiyle hizalanan her kararlı sütunu seçin.
Şekilleri çıkarın. Şekil çıkarma düğmesi seçtiğiniz kutup sayısını üstünde taşır. Seçilen kutuplarda rezidü uydurur ve Mod setleri altında bir EMA mod seti üretir: frekansları, sönümü ve şekilleri ölçümünüzden gelir, FEM setlerinin yanında durur ve onlarla doğrudan karşılaştırılır.
Panelin Ölçüm Analizi listesi yolu izler: Sinyal içe aktar ve seç, Çok kanallı ölçüm (tahrik + cevap), FRF + koherans hesapla, Stabilizasyonda kutup seç. Her adım tamamlandıkça işaretlenir.
5 · Şekilleri geometriye oturtmak
Testten çıkan bir mod şekli, kanal başına bir sayı listesidir. Onu hareket ederken görmek için inWaves'in her kanalın geometrinin hangi noktasını ölçtüğünü bilmesi gerekir.
Bir sinyal seçiliyken geometriyi seçin. Panelde her kanalı listeleyen bir Kanal → düğüm eşlemesi düzenleyicisi görünür.
Bir kanalı seçip Düğüm Ata deyin ve o ivmeölçerin durduğu noktayı model üzerinde tıklayın. Eşleme düğümü ve bir yönü saklar; yön yüzey normali bırakılırsa o düğümde birleşen yüzeylerden hesaplanır.
Her kanal için tekrarlayın ve Kaydet deyin. Eşlenmemiş bir kanal kalırsa animasyon reddeder ve eksik kanalları adıyla söyler.
Eşleme kaydedildikten sonra ODS… işletme şeklini oynatır: bir frekans verirsiniz, inWaves her eşlenmiş kanalın o frekanstaki karmaşık genliğini alır ve ters-mesafe ağırlıklandırmasıyla ağa yayar. ODS, yapının o frekansta, o anki tahrik altında gerçekten nasıl hareket ettiğidir: tek bir kip, birkaç kip ya da hiç rezonans içermeyen zorlanmış bir cevap. Frekans en yakın mevcut bine oturtulur ve gösterilen şekil kendi tepesine göre normalize edilir; renkleri göreli okuyun. Diyalog ayrıca Pencere sorar; penceresiz okumada güçlü bir komşu ton istediğiniz çizgiye sızar.
6 · Setler arası iletim oranı
Sinyal panelindeki İletim Oranı…, FRF ile aynı soruyu sorar; farkı, cevabın başka bir sinyal setinden gelmesidir: bu sinyal sürer, öbür set cevap verir. Örneğin bir taban süpürmesine karşı izole taraftaki ivmeölçerler; iki kayıt hiçbir zaman tek dosyada olmamıştır. Tahrik kanalını ve cevap setini seçin; o setin bütün kanalları kullanılır. İki setin örnekleme frekansı aynı olmalıdır; inWaves arkanızdan yeniden örneklemek yerine çifti reddeder. Sonuç aynı H1 genlik ve koherans grafiğidir; birim iki büyüklükten kurulur, yani ivme girip ivme çıktığında boyutsuz bir orandır.
7 · Sinyal işleme başvurusu
Frekans çözünürlüğü ve kayıt süresi
Her spektrumun altında tek bir kural yatar: Δf = 1/T; T, dönüşüme giren veri bloğunun süresidir. 0,5 Hz çözünürlük istemek spektrum başına 2 sn veri, 0,1 Hz istemek 10 sn demektir. Sıfır doldurma eğriyi yumuşatır, çözünürlüğü inceltmez: 0,3 Hz aralıklı iki rezonans, FFT kaç noktalı olursa olsun 1 sn'lik kayıtta ayrılmaz.
Ortalamalı kestiriciler sabit 4096 örneklik bir blok kullanır; Δf doğrudan örnekleme frekansınızdan çıkar:
| Örnekleme frekansı | Blok süresi T = 4096/fs | Δf = fs/4096 |
|---|---|---|
| 2 048 Hz | 2,000 s | 0,5 Hz |
| 8 192 Hz | 0,500 s | 2,0 Hz |
| 25 600 Hz | 0,160 s | 6,25 Hz |
| 51 200 Hz | 0,080 s | 12,5 Hz |
20 kHz'lik bir bileşeni yakalamak için 51,2 kHz'de örnekleyip bandın dibinde 8 Hz aralıklı iki kipi ayırmaya çalışırsanız blok kuruluş gereği kısadır. Alçak frekans testini daha düşük bir örnekleme frekansında kaydedin ya da tepelerin birleşmesini kabul edin.
Pencereleme
Dönüşüm, bloğun sonsuza dek tekrarlandığını varsayar. Sinyal blok içinde tam sayıda çevrim tamamlamadığı için sonla başın birleştiği yerde bir süreksizlik oluşur ve bu, gerçek bir tepenin enerjisini spektrumun tamamına yayar. Buna sızıntı denir; pencere, bloğu iki ucunda sıfıra indirerek sıçramayı kaldırır.
inWaves her spektral kestirimde Hann penceresi uygular: genlik spektrumu, PSD, spektrogram, waterfall ve FRF. PSD ve spektrum grafiklerinin başlığı kullanılan pencereyi adıyla yazar.
Pencere, ana lob genişliğiyle yan lob sızıntısını takas eder; Hann tam ortada durur. İki pratik sonucu var: binler arasına düşen bir tonda genlik doğruluğu kaybolur, ve çekiç darbesi de her şey gibi konikleştirilir, yani bloğun geç bir yerine denk gelen vuruş zayıflar. Kaydın başına yakın vurun.
Ortalama alma (Welch)
Rastgele bir sinyalin tek bir spektrumu kötü bir kestirimdir: saçılması kayıt uzadıkça küçülmez. Welch yöntemi kaydı örtüşen bloklara böler, her birini dönüştürür ve sonuçları ortalar. Varyans bağımsız blok sayısıyla ters orantılı düşer; dört ortalama saçılmayı yarıya, on altı ortalama dörtte bire indirir.
Aşağıdakiler varsayılanlardır; her grafik bunları üstündeki çubuktan değiştirmenize izin verir:
| Kestirim | Blok | Örtüşme | Pencere |
|---|---|---|---|
| PSD (Welch) | 4096 örnek | %50 | Hann |
| FRF + Koherans (H1) | 4096 örnek | %50 | Hann |
| Spektrogram | 1024 örnek | %75 | Hann |
| Waterfall 3D | 1024 örnek | %50 | Hann |
%50 örtüşmede bloklar yarım blok ilerler, yani N örneklik bir kayıt yaklaşık 2N/4096 − 1 ortalama verir: 8192 Hz'de 10 sn'lik bir kayıt kabaca 39 ortalama demektir. Blok uzunluğu kayıt uzunluğuyla sınırlıdır; 4096 örnekten kısa bir kayıt bütün olarak dönüştürülür, bir kez ortalanır ve gürültülü görünür.
Grafiğin alt başlığı ne aldığınızı yazar: PSD sekmesi N segment, hann · Δf = … Hz biçiminde üç sayıyı, FRF sekmesi de segment sayısını taşır.
Kestirimi grafiğin üstünden değiştirmek
Spektrum, PSD, spektrogram ve FRF sekmelerinin her birinde çizimin üstünde bir işlem çubuğu vardır. Pencere dördünde de bulunur; Segment uzunluğu ve Örtüşme ortalamalı kestirimlerde; FFT uzunluğu spektrogramda; Ölçekleme ise genlik spektrumunda, orada RMS ile Tepe bir sinüs için tam olarak √2 kat farklıdır. Herhangi birini değiştirmek kestirimi aynı kayıt üzerinde yeniden koşar ve aynı sekmeyi yeniden çizer.
Çubuğun sağ tarafı elde ettiğinizi yazar: Δf ve kaydın verebildiği ortalama sayısı. Kısa bir kayıtta 16384 örneklik blok isterseniz segment sayısı çöker; çubuk bunu anında gösterir.
Hann (genel amaçlı) varsayılandır ve neredeyse her durumda doğru cevaptır. Bir tepenin yüksekliğini rapor ediyorsanız Flattop (genlik doğruluğu) seçin: frekans çözünürlüğünden feragat eder, karşılığında ton binler arasında nereye düşerse düşsün genliği doğru verir. Çekiç darbesi gibi kaydın içinde başlayıp biten olaylarda Dikdörtgen (darbe/geçici) kullanın; konikleştirme darbenin kendisini atardı.
Bir FRF'te kestirimciyi değiştirmek seçtiğiniz kutupları düşürür: onlar önceki kestirimden tanımlanmıştı.
Örnekleme ve takma (aliasing)
Örneklenmiş bir sinyal, ancak örnekleme frekansının yarısının altındaki frekansları temsil edebilir. Bu Nyquist sınırının üstündeki her şey banda geri katlanır ve yanlış bir frekansta tepe olarak görünür; kaydedildikten sonra gerçek bir tepeden ayırt edilemez. Bunu geri alan bir işlem yoktur.
inWaves zaten örneklenmiş veri alır. Toplama sisteminizin dönüştürücüden önce takma önleyici filtre uygulayıp uygulamadığı o donanımın özelliğidir ve dosyanın içinde bunu söyleyen hiçbir şey yoktur. Takmayı tespit edemeyiz: katlanmış bir tepe tam olarak fiziksel bir tepe gibi gelir. Filtreyi toplama tarafında denetleyin; denetleyemiyorsanız bandın üst ucundaki enerjiye şüpheyle yaklaşın.
Seviye ve dB referansları
Seviyeler ISO 1683'e uyar ve referans büyüklüğe bağlıdır; birim atama penceresinin zorunlu olmasının nedeni budur:
| Büyüklük | Referans |
|---|---|
| Ses basıncı | 20 µPa |
| İvme | 1 µm/s² |
| Hız | 1 nm/s |
| Deplasman | 1 pm |
| Kuvvet | 1 µN |
Akustik sonuçlar aynı geleneği taşır: bir ışıma sonucunun Referans satırında dB re 20 µPa (ISO 1683) yazar, ses basıncı alan haritalarında da öyle. Referansı tanımlı olmayan bir büyüklüğe hiç dB değeri verilmez.
EMA koşusunun ürettiği şekiller rezidü tabanlıdır ve keyfi ölçek taşır. Frekanslar ve sönüm oranları mutlaktır, her şeyle karşılaştırılabilir. Şekil genlikleri görelidir: tek bir kip içinde noktalar arasında karşılaştırılabilir, kipler arasında ve bir FEM şeklinin fiziksel birimlerine karşı karşılaştırılamaz. Eksik parça, ürünün bugün çıkarmadığı sürme noktası ölçeklemesidir. Yani ölçülmüş bir mod setiyle yapının nerede ve hangi frekansta hareket ettiğini söyler, hesaplanmış bir setle korelasyon kurarsınız; ama onu bir cevap genliği öngörmek için kütleye normalize bir model olarak henüz kullanamazsınız ve EMA tabanlı bir sanal ivmeölçer aynı belirsizliği devralır. FEM mod setleri kütleye normalizedir, bu kısıtı taşımaz.
Üçü de arayüzde yoktur: rulman kusur çizgileri için zarf demodülasyonu, devirle senkron mertebe takibi ve cepstrum bulunmuyor. İşiniz bir rulman bandının zarf spektrumuna ya da devre karşı mertebe haritalarına dayanıyorsa bu sürüm bunu yapmaz ve yukarıdaki grafiklerin hiçbir bileşimi onun yerini tutmaz. Campbell diyagramı da ertelenmiştir: ürünün almadığı takometre verisini ister.
Az sönümlü bir çınlama için üstel pencere ya da çekiç kanalı için kuvvet penceresi seçemezsiniz. Tek kestirici H1'dir; gürültünün cevap tarafında olduğunu varsayar: darbe ve sarsıcı testi için doğru, gürültülü olan kuvvet kanalınızsa yanlış. H2 yoktur. Çınlaması 4096 örneklik bloğu aşan, çok az sönümlü bir yapıda kesilme düzeltilmez yalnızca pencerelenir ve kimliklendirilen sönüm yüksek okur.
İddia ettiğiniz bant boyunca koheransı denetleyin. Stabilizasyon diyagramından tek bir frekans okumadan önce, bildireceğiniz aralıkta koherans eğrisine bakın. Anti-rezonanslardaki dar çentikler dışında 1'e yakın durmalıdır. Geniş bir aralıkta tırtıklıysa ona kutup uydurmak yerine ölçümü düzeltin: daha sert bir çekiç ucu, daha iyi bir ivmeölçer montajı, daha çok ortalama ya da çift vuruş denetimi. Düşük koheranslı bir bölgeden çıkardığınız her kutup, ölçümün desteklemediği bir sayıdır.
Cevabını zaten bildiğiniz bir sinyal koşun. Sentetik bir tahrik üretin ya da bilinen üç rezonanstan bir cevap kurun ve aynı zincirden geçirin: FRF, stabilizasyon, şekil çıkarma. Kimliklendirilen frekanslar koyduğunuz yerde geri gelmelidir. inWaves içinde zincir tam olarak böyle sınanır: frekansları, sönümü ve şekilleri bilinen üç kipli bir sistem sentezlenir, FRF kestirimi, stabilizasyon ve rezidü uydurmasından geçirilir ve kurtarılan frekansların gerçeğin %1'i içinde düşmesi, şekillerin 0,95 üstünde korele olması, koheransın her rezonansta 0,95 üstünde kalması istenir. Sönüm çok daha gevşek denetlenir, değerinin dörtte biri içinde; ölçülmüş bir ζ bildirirken bunu hatırlayın.
Sıradaki: ses ışıması ve odalar. Ölçülmüş ya da hesaplanmış bir mod setini sese çevirmek.