PL231337B1 - Device for identification of free vibration frequencies, preferably for the continuous vibroacoustic systems - Google Patents
Device for identification of free vibration frequencies, preferably for the continuous vibroacoustic systemsInfo
- Publication number
- PL231337B1 PL231337B1 PL419884A PL41988416A PL231337B1 PL 231337 B1 PL231337 B1 PL 231337B1 PL 419884 A PL419884 A PL 419884A PL 41988416 A PL41988416 A PL 41988416A PL 231337 B1 PL231337 B1 PL 231337B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- filter
- output
- input
- digital
- circuit
- Prior art date
Links
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do identyfikacji częstotliwości własnych, zwłaszcza do ciągłych układów wibroakustycznych.The subject of the invention is a device for identifying natural frequencies, in particular for continuous vibroacoustic systems.
Przedmiot wynalazku dotyczy zagadnień analizy modalnej. Wykonuje się ją w celu identyfikacji częstotliwości własnych, współczynnika tłumienia oraz amplitudy modów normalnych ciągłych układów wibroakustycznych.The subject of the invention relates to modal analysis issues. It is performed in order to identify the natural frequencies, the damping factor and the amplitude of normal modes of continuous vibroacoustic systems.
Istniejące metody analizy modalnej bazują na przekształceniu Fouriera, które ze względu na zasadę nieoznaczoności charakteryzują się małą rozdzielczością. Powoduje to powstawanie dużego błędu wyznaczania częstotliwości własnych, gdy rozkład modalny badanej struktury charakteryzuje się dużą gęstością modów.The existing methods of modal analysis are based on the Fourier transform, which are characterized by low resolution due to the uncertainty principle. This causes a large error in determining the eigenfrequencies when the modal distribution of the examined structure is characterized by a high mode density.
Znany jest z publikacji WO0133182 (A1) sposób analizy wibracji układów wibroakustycznych, który polega na analizie sygnałów z jednego lub więcej czujników drgań poprzez obliczenie za pomocą przekształcenia Fouriera macierzy widmowej gęstości mocy i jej dekompozycji metodą rozkładu wartości osobliwych. Sposób umożliwia wyznaczenie wartości częstotliwości własnych, współczynników tłumienia oraz postaci drgań.There is known from the publication WO0133182 (A1) a method of analyzing vibrations of vibroacoustic systems, which consists in analyzing the signals from one or more vibration sensors by calculating the spectral power density matrix and its decomposition by means of singular value distribution by means of a Fourier transform. The method enables the determination of the values of natural frequencies, damping coefficients and vibration modes.
Znany jest z publikacji EGE, Kerem; BOUTILLON, Xavier; DAVID, Bertrand. High-resolution modal analysis. Journal of Sound and Vibration, 2009, 325.4: 852-869, sposób analizy modalnej wykorzystujący metodę estymacji parametrów sygnałów znaną pod nazwą ESPRIT oraz metodę perturbacji znaną pod nazwą ESTER.He is known from the publication of EGE, Kerem; BOUTILLON, Xavier; DAVID, Bertrand. High-resolution modal analysis. Journal of Sound and Vibration, 2009, 325.4: 852-869, a modal analysis method using the signal parameter estimation method known as ESPRIT and the perturbation method known as ESTER.
Celem wynalazku jest możliwość identyfikacji częstotliwości własnych ciągłego układu wibroakustycznego bez konieczności stosowania technik przetwarzania sygnałów o wysokiej złożoności obliczeniowej, zwłaszcza szybkiej transformaty Fouriera.The aim of the invention is to be able to identify the natural frequencies of a continuous vibroacoustic system without the need to use signal processing techniques with high computational complexity, especially the fast Fourier transform.
Urządzenie do identyfikacji częstotliwości własnych, zwłaszcza ciągłych układów wibroakustycznych posiada co najmniej jeden czujnik pomiarowy, korzystnie mikrofon i/lub akcelerometr i/lub film piezoelektryczny, układ przedwzmacniacza, filtr antyaliasingowy, przetwornik analogowo-cyfrowy oraz układ cyfrowego przetwarzania sygnałów, w którym znajdują się następujące bloki:The device for identifying natural frequencies, in particular of continuous vibroacoustic systems, has at least one measurement sensor, preferably a microphone and / or an accelerometer and / or a piezoelectric film, a preamplifier circuit, an anti-aliasing filter, an analog-to-digital converter and a digital signal processing circuit, which includes the following blocks:
- cyfrowy filtr dolnoprzepustowy o częstotliwości odcięcia 1/8 częstotliwości próbkowania,- digital low-pass filter with a cut-off frequency of 1/8 of the sampling frequency,
- cyfrowy filtr o nieskończonej odpowiedzi impulsowej, którego wielomian zmiennej zespolonej Z licznika transmitancji posiada cztery pierwiastki rzeczywiste równe zero a wielomian mianownika jest stopnia czwartego oraz rożne od zera są tylko współczynniki stopni parzystych i zerowego,- digital filter with infinite impulse response, whose polynomial of the complex variable Z of the transmittance numerator has four real roots equal to zero, and the denominator polynomial is of fourth degree, and only the coefficients of even and zero degrees are different from zero,
- układ normalizujący,- normalizing system,
- przetwornik wartości skutecznej,- effective value converter,
- dyskryminator amplitudy,- amplitude discriminator,
- układ pętli histerezy,- hysteresis loop system,
- układ różniczkujący,- differential circuit,
- detektor przejść przez zero,- zero cross detector,
- układ kopiujący,- copying system,
- wyświetlacz,- display,
- oraz układ przekształcający wartość współczynnika przy drugiej potędze wielomianu na częstotliwość.- and a system that transforms the value of the coefficient at the second power of the polynomial into frequency.
Czujnik pomiarowy rejestrujący odpowiedź badanego układu połączony jest poprzez przedwzmacniacz i filtr antyaliasingowy z przetwornikiem analogowo-cyfrowym. Wyjście przetwornika połączone jest poprzez wejście układu przetwarzania sygnałów z filtrem dolnoprzepustowym o częstotliwości odcięcia równej co najwyżej 1/8 częstotliwości próbkowania. Wyjście filtru dolnoprzepustowego jest połączone z wejściem filtru cyfrowego filtru o nieskończonej odpowiedzi impulsowej o dwóch współczynnikach: współczynniku ustalającym dobroć filtru oraz współczynniku ustalającym częstotliwość środkową filtru. Wyjście filtru pasmowo-przepustowego jest połączone z wejściem przetwornika wartości skutecznej bezpośrednio lub korzystnie poprzez układ normalizujący. Wyjście przetwornika wartości skutecznej połączone jest z wejściem układu pętli histerezy poprzez układ dyskryminatora amplitudy, którego wyjście połączone jest z wejściem układu pętli histerezy. Wyjście układu pętli histerezy połączone jest z wejściem układu różniczkującego. Wyjście układu różniczkującego połączone jest poprzez detektor przejść przez zero z wejściem wyzwalającym układu kopiującego, który kopiuje aktualną wartość współczynnika ustalającego częstotliwość środkową filtru pasmowo-przepustowego do układuThe measuring sensor recording the response of the tested system is connected via a preamplifier and an anti-aliasing filter with an analog-to-digital converter. The output of the converter is connected through the input of the signal processing system with a low-pass filter with a cut-off frequency equal to at most 1/8 of the sampling frequency. The output of the low-pass filter is connected to the digital filter input of an infinite impulse response filter with two coefficients: the factor that determines the goodness of the filter and the coefficient that determines the center frequency of the filter. The output of the bandpass filter is connected to the input of an RMS converter directly or preferably through a normalizing circuit. The RMS converter output is connected to the input of the hysteresis loop system through the amplitude discriminator system, the output of which is connected to the input of the hysteresis loop system. The output of the hysteresis loop is connected to the input of the differentiator. The output of the derivative is connected through the zero cross detector to the trigger input of the copier, which copies the current value of the coefficient determining the center frequency of the bandpass filter to the circuit
PL 231 337 B1 przekształcającego wartość współczynnika ustalającego częstotliwość środkową filtru pasmowo-przepustowego na częstotliwość. Układ przekształcający wartość współczynnika ustalającego częstotliwość środkową filtru pasmowo-przepustowego na częstotliwość może być zrealizowany w formie tablicy przeglądowej lub funkcji matematycznej.Converting the value of the center frequency setting factor of the bandpass filter to frequency. The circuit for converting the value of the coefficient determining the center frequency of the bandpass filter to frequency can be implemented in the form of a lookup table or a mathematical function.
Zespół filtrów tworzących filtr pasmowo-przepustowy o dużej dobroci pozwala osiągnąć wysoką rozdzielczość częstotliwości. Układ strojenia tego filtru wykorzystuje fakt, że układ wibroakustyczny pobudzony sygnałem o częstotliwości równej jego częstotliwości własnej, emituje do otoczenia sygnały o dużej energii. Cechą znamienną układu strojenia jest sposób przekształcenia odpowiedzi badanego układu na wartość częstotliwości pobudzenia. Celem przekształcenia nieliniowego jest uzyskanie gładkiego przebiegu czasowego, którego pochodna podana na detektor przejść przez zero stanowi impuls dla układu wyzwalania.The set of filters that make up the high Q bandpass filter allows to achieve high frequency resolution. The tuning system of this filter uses the fact that the vibroacoustic system, stimulated by a signal with a frequency equal to its natural frequency, emits signals of high energy to the environment. A characteristic feature of the tuning system is the method of transforming the response of the tested system into the value of the excitation frequency. The purpose of the nonlinear transformation is to obtain a smooth waveform, the derivative of which is applied to the zero crossing detector as a trigger for the trigger circuit.
Przedmiot wynalazku został pokazany na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia.The subject of the invention is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a block diagram of the device.
P r z y k ł a dP r z k ł a d
Urządzenie do identyfikacji częstotliwości własnych, zwłaszcza ciągłych układów wibroakustycznych jest wyposażone w czujnik pomiarowy 1 (mikrofon), układ przedwzmacniacza 2, filtr antyaliasingowy 3, przetwornik analogowo-cyfrowy 4 oraz układu cyfrowego przetwarzania sygnałów 5, w którym znajdują się następujące bloki:The device for identifying natural frequencies, especially continuous vibroacoustic systems, is equipped with a measuring sensor 1 (microphone), a preamplifier circuit 2, an anti-aliasing filter 3, an analog-to-digital converter 4 and a digital signal processing system 5, which includes the following blocks:
cyfrowy filtr dolnoprzepustowy 6 i częstotliwości odcięcia równej 1/8 częstotliwości próbkowania, cyfrowy filtr o nieskończonej odpowiedzi impulsowej 7 zawierający dwa współczynniki 7a i 7b: współczynnik ustalający dobroć filtru 7a i współczynnik ustalający częstotliwość środkową filtru 7b, wielomian zmiennej zespolonej Z licznika transmitancji cyfrowego filtru o nieskończonej odpowiedzi impulsowej 7 posiada cztery pierwiastki rzeczywiste równe zero a wielomian mianownika tej transmitancji jest stopnia czwartego oraz rożne od zera są tylko współczynniki wielomianu stopni parzystych i zerowego, układ normalizujący 8, przetwornik wartości skutecznej 9, dyskryminator amplitudy 10, układ pętli histerezy 11, układ różniczkujący 12, detektor przejść przez zero 13, układ kopiujący 14 oraz układ przekształcający wartość współczynnika przy drugiej potędze wielomianu na wartość częstotliwości 15. Wartość częstotliwości jest wyświetlana na wyświetlaczu 16.digital low-pass filter 6 and cut-off frequency equal to 1/8 of the sampling frequency, digital filter with infinite impulse response 7 containing two coefficients 7a and 7b: filter factor factor 7a and filter center frequency factor 7b, polynomial of the complex variable Z transmittance count of the digital filter o of the infinite impulse response 7 has four real roots equal to zero and the polynomial of the denominator of this transmittance is of the fourth degree and only the coefficients of the even and zero polynomial are different from zero, normalizing system 8, RMS converter 9, amplitude discriminator 10, hysteresis loop system 11, system a derivative 12, a zero crossing detector 13, a copier 14, and a circuit for converting the coefficient value at the second power of the polynomial to a frequency value 15. The frequency value is displayed on the display 16.
Czujnik pomiarowy 1 rejestrujący odpowiedź badanego układu 17 połączony jest poprzez przedwzmacniacz 2 i filtr antyaliasingowy 3 z przetwornikiem analogowo-cyfrowym 4. Wyjście przetwornika 4 połączone jest poprzez wejście układu przetwarzania sygnałów 5, z filtrem dolnoprzepustowym o częstotliwości odcięcia równej 1/8 częstotliwości próbkowania. Wyjście filtru 6 jest połączone z wejściem cyfrowego filtru o nieskończonej odpowiedzi impulsowej 7 o dwóch współczynnikach: współczynniku ustalającym dobroć filtru 7a i współczynniku ustalającym częstotliwość środkową filtru 7b. Wyjście filtru cyfrowego o nieskończonej odpowiedzi impulsowej 7 jest połączone z wejściem przetwornika wartości skutecznej 9 bezpośrednio poprzez układ normalizujący 8. Wyjście układu 9 połączone jest z wejściem układu pętli histerezy 11, poprzez układ dyskryminatora amplitudy 10. Wyjście układu 11 połączone jest z układem różniczkującym 12. Wyjście układu 12 połączone jest poprzez detektor przejść przez zero 13 z wejściem wyzwalającym 14a układu kopiującego 14, który kopiuje aktualną wartość współczynnika 7b do układu przekształcającego 15 wartość współczynnika na częstotliwość. Układ 15 może być zrealizowany w formie tablicy przeglądowej lub funkcji matematycznej. Wartość częstotliwości jest wyświetlana na wyświetlaczu 16.The measuring sensor 1, recording the response of the tested system 17, is connected via the preamplifier 2 and the anti-aliasing filter 3 to the analog-to-digital converter 4. The converter output 4 is connected through the input of the signal processing system 5, with a low-pass filter with a cut-off frequency equal to 1/8 of the sampling frequency. The output of the filter 6 is connected to the input of the digital filter with infinite impulse response 7 having two coefficients: a coefficient that determines the goodness of the filter 7a and a coefficient that determines the center frequency of the filter 7b. The output of the digital filter with infinite impulse response 7 is connected to the input of the RMS converter 9 directly through the normalizing circuit 8. The output of the circuit 9 is connected to the input of the hysteresis loop circuit 11 through the amplitude discriminator circuit 10. The output of the circuit 11 is connected to the differential circuit 12. The output of circuit 12 is connected via a zero-crossing detector 13 to a trigger input 14a of copier 14, which copies the current value of the coefficient 7b to the coefficient-to-frequency converter. Arrangement 15 can be implemented in the form of a lookup table or a mathematical function. The frequency value is shown on display 16.
Urządzenie według wynalazku wymaga wykonania mniejszej liczby operacji arytmetyczno-logicznych niż liczba takich operacji wymagana do obliczenia szybkiej transformaty Fouriera wykorzystywanej w WO0133182 (A1) oraz wymaga wykonania mniejszej liczby operacji arytmetyczno-logicznych niż liczba takich operacji niezbędnych do realizacji metod ESPRIT i ESTER znanych z publikacji EGE, Kerem; BOUTILLON, Xavier; DAVID, Bertrand. High-resolution modal analysis. Journal of Sound and Vibration, 2009, 325.4: 852-869.The device according to the invention requires fewer arithmetic and logic operations than the number of such operations required to calculate the fast Fourier transform used in WO0133182 (A1) and requires fewer arithmetic and logic operations than the number of such operations necessary for the implementation of ESPRIT and ESTER methods known from the publication EGE, Kerem; BOUTILLON, Xavier; DAVID, Bertrand. High-resolution modal analysis. Journal of Sound and Vibration, 2009, 325.4: 852-869.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL419884A PL231337B1 (en) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Device for identification of free vibration frequencies, preferably for the continuous vibroacoustic systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL419884A PL231337B1 (en) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Device for identification of free vibration frequencies, preferably for the continuous vibroacoustic systems |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL419884A1 PL419884A1 (en) | 2018-07-02 |
PL231337B1 true PL231337B1 (en) | 2019-02-28 |
Family
ID=62705158
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL419884A PL231337B1 (en) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Device for identification of free vibration frequencies, preferably for the continuous vibroacoustic systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL231337B1 (en) |
-
2016
- 2016-12-19 PL PL419884A patent/PL231337B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL419884A1 (en) | 2018-07-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Duda et al. | DFT-based estimation of damped oscillation parameters in low-frequency mechanical spectroscopy | |
CN100561162C (en) | A kind of virtual oscillating table detection signal processing method and equipment thereof | |
US20060021435A1 (en) | Sensor for measuring jerk and a method for use thereof | |
WO2018059232A1 (en) | Structure and method for testing lock-in amplifier | |
Xie et al. | Analog circuits soft fault diagnosis using Rényi’s entropy | |
CN105509871B (en) | It is a kind of applied to vibrating sensor from calibrating installation and its from calibration method | |
PL231337B1 (en) | Device for identification of free vibration frequencies, preferably for the continuous vibroacoustic systems | |
Zhao et al. | Multi-frequency identification method in signal processing | |
US11035771B2 (en) | Measurement system with resonant sensors and method for the operation of a resonant sensor | |
Yang et al. | A Hilbert Transform based method for dynamic phase difference measurement | |
RU86316U1 (en) | MAGNETIC DEFECTOSCOPE FOR MONITORING UNDERGROUND METAL PIPELINES | |
Szary et al. | Signal conditioning perspectives on pyroshock measurement systems | |
US3206672A (en) | Apparatus for determining the transfer function of the four terminal linear electrical system | |
Wielandt et al. | Measuring seismometer nonlinearity on a shake table | |
Pintelon et al. | Frequency-domain identification of linear time-invariant systems under nonstandard conditions | |
Bin et al. | Study of dynamic modeling method for quartz flexible accelerometer | |
Zhang et al. | Signal measurement of projectile penetration overload based on charge sensor | |
Segarra et al. | Influence of the Phase Response of Blasting Seismographs on their Performance. | |
Schewe et al. | Analyzing real-time capability of raw laser-Doppler vibrometer signal combination for signal diversity | |
Matz et al. | A comparative evaluation between frequency estimation algorithms for power quality assessment in DSP implementation | |
Pop et al. | Digital Processing Method used to Improve the Frequency Measurement Accuracy for Vibrating-Wire Transducers | |
Herlufsen et al. | Analyzers and signal generators | |
Aquino et al. | Comparison of Time-Domain and Time-Frequency-Domain System Identification Methods on Tall Building Data with Noise | |
Yeh et al. | Characterizing the mass/force measurement capability of a microbalance | |
Fractional-Order | Inaccuracies Revealed During the Analysis of Propagation of Measurement Uncertainty Through a Closed-Loop Fractional-Order Control System |