Насчет программных спектроанализаторов стоит оговорится отдельно. Об амплитуде сигналов в спектре здесь мы можем судить лишь относительно, ведь звуковые платы, ввиду своей специфики, не имеют средств определения абсолютной величины амплитуды поступающего на них сигнала. Программы же, использующие уже оцифрованный сигнал со звуковой карты, тем более не в состоянии определить его действительный уровень. Но на практике от них этого и не требуется, обычно уровень сигнала спектра наглядно изображается на шкале в относительных единицах.
Spectrogram v5.0.5 — представитель программ-спектроанализаторов с удобным интерфейсом и довольно-таки продвинутыми возможностями. Анализ сигнала возможен как из файла, так и по входу звуковой карты. Последнее, в принципе, нас больше всего и интересует. В анализаторе предусмотрены гибкие возможности для настройки.
Способ восприятия сигнала устанавливается из меню File, Scan Input — сигнал сканируется со входа звуковой платы (или нажатием клавиши F3). Шкала частот может быть представлена как в линейном, так и в логарифмическом виде. Возможно включение одного либо двух каналов звуковой платы. Окно программы организовано просто и удобно (рис.8). По экрану с помощью мышки двигается курсор, в виде крестового прицела, достаточно навести его на интересующую точку, и внизу в окошке вы получите числовые значения относительной амплитуды (Дб) и частоты в выбранной точке. Таким образом, программу можно использовать и в качестве частотомера для сигнала фиксированной частоты, который будет виден на экране как единый (за исключением гармоник), самый высокий пик.
Рис. 8.
Перед началом каждого сеанса работы необходимо задать установки на панели настроек, она-то и будет каждый раз появляться при последующих нажатиях клавиши F3 (рис.9). Панель настроек организована довольно удобно, состоит из четырех основных разделов. Для начала необходимо задать способ отображения на экране сканируемого сигнала, в разделе Display Characteristic, в установках Display Type для нас лучше всего подойдет Line или Bar, график будет отображен линией либо в виде гистограммы соответственно. При этом по горизонтали расположена ось частот, и ось амплитуд по вертикали, как и положено.
Рис. 9.
На интервал значений на оси частот влияют установки сразу из двух разделов панели настроек. В Sample Characteristic\ Sample Rate задается предел величины дискретизации, до 44кГц. Однако на реальный масштаб на экране еще сильно влияют и установки из раздела Frequency Analysis. Здесь следует обратить внимание на установки значений FFT Size. Значения FFT задают степень дискретизации в преобразованиях Фурье, используемых при программной обработке спектрограммы. Чем выше FFT, тем выше точность и разрешающая способность спектрограммы, однако требуется больше времени для расчета и сужается отображаемый интервал значений на оси частот. Так при установках Sample Rate на 5,5 кГц, а FFT Size в значение 16384, мы получим наименьший частотный диапазон (от 0 до 86 Гц) при наибольшем разрешении. Для использования же максимального размаха частот придется установить значения параметров в противоположные крайние значения: 44кГц, 512 — FFT, при этом мы получим интервал 0-22050 Гц. Интервал по оси частот может так же смещаться с помощью движка Band, таким образом, чтобы измерения проводились не от нуля, а от какого-либо более высокого значения, что тут же отображается в окошках справа от регулятора.
В этой программе-спектроанализаторе регулируется многое, вплоть до цветовой гаммы представления сигналов. Есть подробный Help, естественно на английском языке. Программа оставляет очень хорошее впечатление, если бы не ограниченный звуковой платой узкий диапазон измерений…
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СБОРЩИКОВ -
СПЕКТРОАНАЛИЗАТОРОВ ФИРМ-ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ
При проведении диагностирования вращающегося оборудования по параметрам вибрации, прежде всего, необходимо получать достоверные измерения виброакустических сигналов в контрольных точках. Для этого нужно помимо соблюдения правил установки датчиков использовать приборы-спектроанализаторы, которые отвечают определенным требованиям.
В настоящее время, ряд российских фирм разрабатывают и производят оборудование, предназначенное для измерения характеристик виброакустических сигналов. Имея общее назначение, эти приборы значительно отличаются между собой по предоставляемым возможностям и удобству в эксплуатации. Поэтому, перед тем как остановить выбор на том или ином устройстве, необходимо предварительно провести их сравнительный анализ и оценить в какой мере удовлетворяют они уровню задач, предъявляемых виброакустической диагностикой. К необходимым возможностям, которыми должны обладать приборы, анализирующие вибрацию, относятся:
-проведение анализа временных характеристик сигналов и анализа временной развертки сигналов (режим осциллографа);
-проведение спектрального анализа вибрации, т.е. осуществление разделения вибрации на частотные составляющие в широком диапазоне частот (от долей Герца до 20 кГц), с возможностью выбора различных частотных поддиапазонов;
-проведение спектрального анализа огибающих высокочастотных сигналов вибрации, с возможность перестройки средней частоты полосового фильтра и выбором различных пределов частотного диапазона;
-обеспечение достаточной разрешающей способности, до 1600 линий/спектр;
-обеспечение усреднений по спектральным характеристикам;
-оценка выбросов в сигнале вибрации, т. е. определение пик-фактора (отношение
пикового и среднеквадратичного значений);
-определение общего уровня вибрации в полосе частот, требуемой стандартами
вибрационного контроля;
-проведение измерений по маршруту;
-возможность передачи накопленных измерений в компьютер для их дальнейшей обработки.
Все приборы являются сложными программно-аппаратными комплексами, созданными на базе микропроцессорных модулей. Использование микропроцессоров, позволило (при сравнительно небольших размерах) реализоватьв устройствах широкий спектр измерительных и вычислительных возможностей, проводить различные виды анализа сигналов вибрации, а также рассчитывать дополнительные параметры виброакустических характеристик (СКЗ, пик-фактор и т.д.).
Тем не менее, только часть из перечисленных сборщиков-спектроанализаторов
отвечает всем основным требованиям, предъявляемым при проведении вибродиагностики. Другие устройства обладают необходимыми возможностями лишь частично. .
Например, анализатор "Диана-2" - компактный, удобный в использовании прибор позволяет синхронно регистрировать вибросигналы по двум каналам, и по третьему каналу одновременно может проводиться регистрация сигнала с отметчика фазы. Но, при этом, максимальное частотное разрешение по спектрам составляет 800 линий. Такого разрешения оказывается не достаточно при определении ряда дефектов электромагнитной системы электрических машин. "Диана-2", не измеряет спектры огибающих. Это означает, что в значительной степени уменьшается возможность прибора выявлять дефектные подшипники, тем более распознавать конкретные виды неисправностей (например, износ наружного кольца). Также, частотного диапазона 10 кГц, бывает недостаточно при диагностировании высокоскоростных машин с мультипликаторами.
Преимуществом виброанализатора СМ-3001 по сравнению с "Диана-2"
является взрывозащитное исполнение по классу 1ExibIIAT4, и измерение вибрации одновременно по 3-м каналам (по двум каналам синхронно, и последовательно с ними по 3-ему каналу). Могут измеряться СКЗ, АМП, ПИК-ПИК, спектр огибающей в полосах 3, 6 и 12 кГц. К неудобству в эксплуатации можно отнести отсутствие графического дисплея, поэтому нельзя, например, при измерениях отслеживать качество спектральных характеристик, вид которых является одним из критериев правильной установки датчиков.
Восьмиканальный синхронный регистратор-анализатор вибросигналов "Атлант-8" выполнен на базе notebook и измерительного блока. Применение персонального компьютера позволило существенно улучшить такие характеристики сборщиков как количество подключаемых каналов (разновидность прибора "Атлант-8М" имеет 16 входных каналов с последовательным опросом) и внутренний объем памяти. Но, вместе с тем, появились ограничения на условия эксплуатации. Например, при использовании в запыленных помещениях, от попадания пыли может выйти из строя клавиатура. Частотный диапазон, поставляемых с анализатором вибродатчиков, составляет 5-5000 Гц. Как отмечалось во вступлении, этот диапазон должен составлять от долей герц до двадцати килогерц. Это связано с тем, что как в данном случае, нижний предел частотного диапазона 5 Гц не позволяет прибору в полном объеме проводить обследование тихоходных машин, когда частоты вращения валов составляют Герцы, и доли Герц (например, в бумажной промышленности). Значение границы верх него частотного диапазона 5000 Гц также снижает возможности прибора при диагностировании быстроходных машин.
Измерительная система ДСА-2001 еще одно решение на базе персонального компьютера notebook. Преимуществом данного прибора по сравнению с "Атлант-8" является взрывобезопасное исполнение по классу ExibIIA и возможность синхронного измерения по двум каналам. Недостатком устройства является ограничение частотного диапазона десятью Герцами снизу и десятью килогерцами сверху. Это, как и в случае "Атлант-8", не позволяет в полной мере проводить обследование низкооборотных и быстроходных машин.
СД-11 - анализатор, который также реализуюет весь спектр необходимых возможностей. Дополнительно имеет встроенную справочную систему по работе с прибором. Помимо основных характеристик позволяет вычислять СКЗ, пик и пик-пик. Предусмотрена установка автоотключения. Может поставляться с коммутатором на 4-16 каналов с последовательным опросом. К недостаткам прибора можно отнести отсутствие модификации во взрывозащищенном исполнении. Также, нужно отметить, что данный прибор представляет собой полностью закрытую систему. Это означает, что результаты измерений могут быть приняты и обработаны в компьютере только программным обеспечением, представленным разработчиками. Это исключает возможность дополнительного исследования измеренных характеристик другими программными продуктами, что в некоторых случаях может оказаться желательным.
Спектроанализатор ПР-200А, еще один прибор, реализующий весь перечень необходимых возможностей для проведения вибродиагностики. Позволяет измерять и анализировать временные и спектральные характеристики, рассчитывать СКЗ и пик-фактор.
