Анализаторы сигналов шума и вибраций.
Анализаторы шума и вибраций Lan-XI
Частота звука определяется числом колебаний в единицу времени (секунду) и измеряется в герцах (Гц) Интенсивность (сила) звука определяется количеством энергии проходящей в единицу времени через единицу площади перпендикулярной направлению распространения звука. Она измеряется в вт/см², или вт/м².
В реальности приходится иметь дело чаще всего не со звуками какой либо фиксированной частоты В задачу анализа шума и вибраций обычно входит измерение/анализ не чистых тонов, и даже не сложных тонов (аккордов чистых тонов), а куда менее приятных для уха сочетаний частот, которые не связаны друг с другом законами гармонии. Такие звуки принято называть шумом. Четкой границы между звуками и шумом не существует.
Более того, иногда приходится выделять из последнего, так называемую тональную компоненту, которая может оказаться даже более раздражающей для человеческой психики, чем обычный шум.
Некоторые диссонансные аккорды воспринимаются любителями музыкального модерна как звуки, а его противниками — как раздражающий шум, и это при том, что и те и другие воспринимают звук с помощью одних и, тех же анализаторов.
Акустические сигналы встречаются нам даже дома на каждом шагу. Это и шумящая стиральная машина, и даже вполне себе «бесшумный» холодильник иногда дает о себе знать, хотя, конечно, его не сравнить со старыми холодильниками из СССР типа «Саратов». Последним был присущ еще один вид шума, который называется грохот. И еще один вид вибраций, который можно назвать маленьким землетрясением.
Дома необходимость анализировать шумовые аномалии у мотоцикла, или мотора катера, или движущихся механизмов автомобиля диктуется соображениями экономии и безопасности, для этого можно воспользоваться анализатором шумов типа Sonoscout. Да и о самом главном моторе в жизни — собственном сердце забывать не стоит. А оно может напомнить о себе и в 30 и в 40, но чаще после 50 лет, если позаботиться о нем. Здесь с готовыми анализаторами пока дело обстоит не так просто. Пока доступен только прибор, который можно назвать упрощенным кардиографом (на одно отведение) CardioQVARK, но это не связано с акустическими технологиями. Покупать аппарат, предназначенный для клиники или больницы не разумно, хотелось бы дождаться модификации анализатора Sonoscout, охватывающей и вопросы здоровья. Здесь имеется проблема статуса такого анализатора. Проблема неверного диагноза, поставленного с помощью такого анализатора, должна быть как то очерчена, и определены границы ответственности. Ведь никто не привлекает к ответственности компанию разработчика лекарств за самолечение и само-диагностику с помощью официальной инструкции по применению препаратов.
Чувствительность органа слуха человека к звукам различной частоты не одинакова. Так называемые инфразвуковые колебания (ниже 15-20 Гц ) вообще не воспринимаются как звуки. В области спектра 20-50 Гц чувствительность органа слуха хотя и отлична от нуля, но для некоторых задач не является достаточной, например для восприятия акустических сигналов сердца. В этой области ухо в сочетании с мозгом не является качественным анализатором-инструментом для задач шумовых сигналов и вибраций в кардиофонии. С повышением частоты до нескольких килогерц, (полоса охватывает практически все звуки сердца) чувствительность нашего анализатора шума существенно увеличивается с ростом частоты. Но особенность сочетания уха и мозгового анализатора шума в том, что такой анализатор часто в состоянии отстраиваться от несущих большую энергию низкочастотных колебаний, чего нельзя сказать о датчиках шума и вибрации созданных в результате технического прогресса. (Возможности нашего слуха еще предстоит раскрыть полностью, но у же сейчас можно сказать, что человек пользуется для распознавания звуков очень совершенным и чувствительным приемником Фурье-анализатором шума — слуховым аппаратом, содержащим тысячи полосовых частотных фильтров. Мозг создает образ акустического сигнала, и это изменяющийся во времени его Фурье-образ.)
Первоначально разработчики пытались применять механико-акустические фильтры, например, фильтр Эйнтховена, который подавлял низкочастотные колебания за счет того, что пространство между мембраной датчика и вибрирующим объектом искусственно сообщалось (с помощью специальной трубочки) с окружающей средой, что приводило к демпфированию пиков давления, за счет их стравливания в атмосферу. При этом, правда, к мембране могли проникать через эту трубочку посторонние акустические сигналы.
Развитие электроники позволило применить в анализаторах сначала схемотехнические решения, а потом и программные фильтрующие алгоритмы, но усилители с широким динамическим диапазоном и низким уровнем шумов по прежнему не являются доступными для любого Старт-Ап-а по цене. Поэтому к таким усилителям и системам анализа шума и вибрации начинающие разработчики приходят, изрядно поломав копья на поле битвы с шумами-noise-floor (собственными шумами измерительной системы анализатора) и экспериментов с бесплатным приложением для смартфонов, осуществляющим БПФ (быстрое преобразование Фурье). Часто их поддерживает в этой неравной схватке синдром шапко-закидательства. Но после потерянных месяцев такой борьбы большинство из них осознают, что гораздо дешевле было взять кредит и купить качественный шумомер, чем изобретать велосипед. Тем более, что сравнение современных анализаторов для измерения шумов и вибрации с этим двухколесным средством делает слишком много чести для последнего.
В то же время кажется очевидным, что через N лет в каждом смартфоне будет полноценное приложение БПФ с анализом огибающей спектра. Это будет развитие известного ПО http://analytical.ru/7773-2, позволяющее провести предварительный анализ шумовых сигналов всей домашней техники, включая автомобиль, стиральную машину, органов организма: бронхов, легких, носоглотки, гортани, сердца, венозного русла с обратными клапанами, суставов. Это программное обеспечение будет опираться на простейший входной интерфейс с высококачественным одним или двумя датчиками для охвата всего соответствующего частотного диапазона.
Врач, когда пациент обратится к нему, сможет опираться на весьма авторитетные объективные данные, проверив которые на предмет подмены и достоверности результатов анализа, он будет в состоянии осуществить квалифицированные лечебно-диагностические мероприятия.
Не исключено, что сам смартфон будет выпущен по проекту с участием B&K, и будет включать в себя встроенный микрофон B&K существенно более высокого класса, чем существующие в смартфонах сейчас.
Это, возможно, будет отчасти и развитие анализатора Соноскаут (Sonoscout), с сетевым интерфейсом LAN-XI для передачи фонограммы специалисту для её расшифровки и постановки предварительного диагноза.
Анализаторы сигналов акустического шума и вибраций.
Основные характеристики портативного акустического анализатора шума модели 2270:
Прибор отличается высокой адаптивностью, (технологической гибкостью), что делает возможным как осуществление с его помощью регламентных технических акустических испытаний, так и проведение перспективных прикладных исследований в области акустики и вибраций, начиная от традиционных методов оценки интенсивности и спектра шумов в окружающем пространстве и на рабочих местах, и заканчивая системами контроля показателей качества в промышленных условиях. Эти шумомеры с функцией анализа результатов измерения являются удобной и компактной технологической платформой для поддерживающих ее программных приложений обработки результатов испытаний, встроенных в компактный и надежный высокоточный инструмент.
Микрофон FalconTM диаметром 1/2 дюйма, отличающийся повышенными эксплуатационными характеристиками, и каскад микрофонного предусилителя, последний позволяет работать на удлиненный кабель длиной до 100 метров, этим важным свойством пользуются при необходимости измерения при помощи удаленного на большое расстояние микрофона. Анализатор шумов модели 2270 имеет возможность работы одновременно с двумя независимыми каналами, что позволяет получать все обычные акустические параметры, включая измерения в 1/3- октавном диапазоне частот в двух точках одновременно. Эта возможность открывает ряд преимуществ, например:
· сокращение затрат времени на измерения при выполнении серии многоточечных измерений акустических характеристик зданий;
· возможность одновременной работы в реальном времени по двум каналам при проведении измерений интенсивности шума/звука.
Анализатор шума Фотон+ работает в связке с компьютером, к которому он подключается через USB-интерфейс. Это запускает процедуру активации устройства по принципу «plug&play», обеспечивает питание Фотона+ и обмен управляющими сигналами и данными при выполнении измерений.
Основные преимущества устройства для анализа шума и вибрации Фотон+
Портативность и малый вес (227 граммов), возможность использования как в лабораторных так и натурных испытаниях, возможность анализа сигналов как во временных координатах, так и в частотных с использованием Быстрого Преобразования Фурье (БПФ).
Запитка от компьютера через стандартный USB-интерфейс
для максимального удобства и работоспособности системы.
Выбор в один клик режимов записи данных, отложенной (post) обработки и измерений в режиме реального времени.
Функционал записи на ленту с повышенным уровнем точности.
Высокоточный 24-битный БПФ-анализатор с полной защитой от
наложения ложных гармоник (anti-alias protection).
Предельно низкий уровень собственных (noise floor) шумов
измерительной системы Фотон+ делает её практически безальтернативным средством проведения акустических и шумовых исследований в области малых значений интенсивности сигналов.
Удобство обеспечивается и стандартной (BNC) схемой подключения измерительных преобразователей сигналов с датчиков к прибору.
Настоящую революцию осуществляет в реальной повседневной практике обслуживания и диагностики на транспорте новый
Анализатор шума/вибрации Соноскаут (Sonoscout 2.0).
.
Его программное обеспечение может быть размещено даже на Ipad- планшете и управление осуществляется с помощью сенсорных клавиш планшета.
Прибор можно использовать не только для диагностики состояния движущихся частей автомобиля. С успехом анализатор шума Sonoscout можно применить, например и в системе диагностики состояния вагонов трамвайного парка для своевременного выявления деталей и узлов с повышенным риском выхода из строя. Принятый десятки лет назад подход к жесткому расписанию регламентных ремонтных работ не является оптимальным. Эксплуатируюшие транспорт организации перестраховываются и закладывают в регламент заниженные сроки эксплуатации, на чем теряются немалые деньги. Регулярный мониторинг является экономически выгодным мероприятием. Он позволяет выявить и потенциально недотягивающие до регламентного срока транспортные средства, чтобы не допустить аварийные случаи.
Такие аварии приводят к многочасовым пробкам на трамвайных путях, и их предупреждение имеет немаловажное значение.
По результатам испытаний нового прибора для акустических и виброизмерений были сделаны следующие выводы о достоинствах системы:
— возможность передавать текущие данные инженерной службе
— сбор данных для архивирования и периодических сравнений для выявления тренда состояния деталей
— сравнительные и маркетинговые испытания реальных образцов
— формирование сообщений о качестве комплектующих их поставщикам
— «до-ремонта-после-ремонта», объективная оценка качества ремонта и обслуживания техники.
К такого рода системам присматриваются и службы контроля состояния летательных аппаратов. Он-лайн запись акустических данных ( анализ которых может быть отложенным) и их трансляция на землю до набора высоты, или наоборот с момента снижения до остановки самолета на посадочной полосе является неоценимой помощью разработчикам и конструкторам, не говоря уже об авиационных аварийных службах, для которых эти данные могут заменить записи бортовых самописцев.
4/6-канальный модуль ввода сигналов датчиков шума/вибрации модели 3050 является базовым для семейства модулей ввода LAN-XI и рассчитан на применения в составе анализатора шума и вибрации при решении практически любой диагностической, испытательной, или исследовательской задачи в области акустики или вибрационных процессов.
Модуль анализатора шума/вибрации 3050 поставляется в двух вариантах исполнения, имеющих четыре и шесть высокоточных входных каналов, рассчитанных на датчики с частотным диапазоном от 0 до 51.2 кГц.
Низкий уровень собственных шумов, позволяющий расширить динамический диапазон до 160 дБ, дает возможность измерять и анализировать и очень слабые сигналы на фоне сильных с помощью соответствующего ПО, а заменяемые передние панели с соединителями обеспечивают модулям сбора сигналов необходимую технологическую гибкость при подключении к ним практически любых датчиков Brüel & Kjær . В анализаторах вибраций/шума других производителей при необходимости измерения и анализа слабых сигналов на фоне многократно более сильных нередко приходится переключать диапазоны, теряя при этом точность и быстродействие.
Модуль 3052 может функционировать в качестве моно-модульной системы сбора данных анализатора вибраций и шума, располагая тремя входными каналами, а также встраиваться в более сложную измерительную LAN-XI — систему. Характерным отличием анализатора 3052 является возможность проводить измерение и анализ сигналов в полосе частот от нуля до 0.1 мГц .
Трехканальный модуль ввода 3052 LAN-XI чаще всего применяют для измерения/анализа высокочастотного (ультра) звука (область частот выше 50 кГц) и спектра сигналов высокочастотной вибрации. Модель 3052 располагает тремя входными каналами с диапазоном частот от нуля до 102.4 кГц.
Многоканальный модуль 3053 может функционировать как отдельная 12-канальная система, представляющая собой малогабаритный электронный блок высокой степени интеграции для анализатора вибраций и шума, поступающего в него из более чем 60 каналов. который может применяться также в качестве отдельного 12-канального анализатора спектра звука и вибрации, обладающего минимальными размерами.
Кроме того, модуль сбора данных 3053 может быть объединен с другими модулями LAN-XI по локальной сети LAN или при помощи монтажных стоек оборудования LAN-XI, что позволяет компоновать исключительно компактные многоканальные системы измерений и анализа.
Оснащенный вспомогательными входами модуль 3056-A-040 не имеет себе равных в тех областях техники, где требуется мониторинг сигналов звука и вибрации параллельно с низкочастотными сигналами напряжения, снимаемыми, например, с тахометра. Модуль имеет четыре входных канала, работающих с датчиками вибрации и шума с полосой пропускания 51.2 кГц и восемь вспомогательных каналов, аналого-цифровое преобразование сигналов с которых осуществляется параллельно с анализируемыми сигналами вибрации/шума .
Уникальность модели анализатора 3056 заключается в возможности одновременной работы с высокочастотными сигналами, поступающими по каналам с 1 по 4, и сигналами тахометра, что позволяет записать сигналы с вибродатчиков и микрофонов и выполнить их анализ в угловом базисе, включая накопление реализаций сигнала с последующим усреднением, приводящим к эффективному подавлению случайных погрешностей по закону 1/√N, где Ν — число реализаций. (порядковый анализ).
Модуль 3160 сбора, обработки данных и выдачи управляющих сигналов поставляется в двух базовых модификациях, позволяя сделать выбор между наличием двух входных портов и двух выходных или четырех входных и двух выходных. Все входные и выходные каналы работают в диапазоне частот от 0 до 51.2 кГц.
Анализатор шума и вибрации модели 3160, управляя двумя выходами, может функционировать в качестве моно-модульной испытательной системы, а также входить в структуру более сложной измерительной системы LAN-XI. Возможность многовариантной комбинации входных и выходных каналов делает его одним из наиболее востребованных универсальных модулей сбора данных и управления вибрационными испытаниями, а возможность смены передних панелей обеспечивает лёгкость подключения широкого ассортиментного ряда вибродатчиков и микрофонов.
