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振動噪音產學聯盟總部實驗室

振動噪音實驗室

【Mobius Institute】ISO 18436-2 Category II 課程報名，歡迎各先進報名~

下午3:03    No comments

屏東科技大學機械工程系振動噪音產學技術聯盟(AITA/NVH)與Mobius Institute於2018年6月簽約正式成為授權的培訓夥伴，為台灣第一家經由Mobius Institute授權的培訓夥伴，並設有：
è   授權培訓中心，Authorized Training Center (ATC)。
è   授權考試中心，Authorized Examination Center (AEC)。
辦理ISO 18436-2 Category I-Ⅲ(等級I-Ⅲ)振動分析師之培訓及考照認證：
è   ISO 18436-2 Category I (等級I) è振動監測工程師
è   ISO 18436-2 Category Ⅱ (等級Ⅱ) è振動監測分析師
è   ISO 18436-2 Category Ⅲ (等級Ⅲ) è振動監測高級分析師

一、授課等級：ISO 18436-2 Category II
二、授課時間：2019/06/10(一)～14(五)，4天半課程+半天考試，共5天
三、授課地點：台灣文創訓練中心 高雄信義館 K132教室
四、主辦單位：國立屏東科技大學「振動噪音產學技術聯盟」
五、報名簡章：https://is.gd/q5LpYk
六、報名費用：$77,000元(含稅)
七、認證注意事項：
l   參加培訓課程本身不需要經驗，但參加考試認證需要具備各類別要求的實務經驗；可先培訓和考試後，再補相關專業經驗，經驗補齊後證書才會發放。
l   可直接跳過Category Ⅰ參加Category Ⅱ，但必須取得Category Ⅱ證書才能參加Category Ⅲ認證。
l   參加考試要先通過培訓。培訓結束將會有測驗，答對率75%為及格標準；未通過將有補測，如補測未通過，則無法參加認證考試。
l   考試未通過(百分比小於75%)，可安排重新考試，必需等30天才能再考試。
八、報名日期：2019/04/08(一)~05/10(五)止
九、報名方式：報名方式分為電子檔報名與紙本報名兩種
l   報名表：https://is.gd/CrFPJq
l   報名表參考格式：https://is.gd/UoWX39
l   下載報名表，填寫資料完成後再將報名表、從事振動分析時間證明e-mail至AITAforNVH@gmail.com。
l   紙本報名表填寫完成後將報名表、從事振動分析時間證明寄送到以下地址
n   91201屏東縣內埔鄉學府路1號 國立屏東科技大學 機械工程系 振動噪音實驗室   邱閔榆 專員 收
十、 繳費方式：
l   匯款銀行：第一銀行 屏東分行
l   匯款帳號：74130042668
l   戶名：國立屏東科技大學401專戶
十一、活動議程：

十二、注意事項：
l   報名完成後，等候通知繳費。
l   繳費完成後，請以信件提供匯款證明(如手機截圖匯款資訊或將匯款收據掃描至電腦)，並附上收據寄送地址，e-mail至AITAforNVH@gmail.com，將會在1至2周內收到繳款收據。
l   繳費完成才算是報名成功，請在報名日期內完成繳費。
十三、如有問題，請洽聯盟專員
l   聯絡信箱：邱閔榆 專員minyuchiu@mail.npust.edu.tw，電話：(08)-7703202#7036。

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《振動噪音科普專欄》頻譜分析儀如何處理量測信號？

上午9:00    No comments



在進行振動噪音的實驗量測，除了需要適當的「感測器」外，最重要的量測設備就是「頻譜分析儀」了。

甚麼是「頻譜分析儀」？為什麼需要「頻譜分析儀」？「頻譜分析儀」有甚麼功能？「頻譜分析儀」如何運作？又，「頻譜」是甚麼？「頻譜分析」是甚麼？

「頻譜分析儀」，英文稱為FFT Analyzer，也可稱為Spectrum Analyzer，主要是在處理量測的信號，而量測的信號，主要來自感測器的電壓信號。請讀者參考：【甚麼是「感測器」(sensor)及物理量(physical quantity)？】、【典型的振動噪音量測信號之物理量是甚麼？】。

甚麼是FFT呢？英文全名：fast Fourier transform，「快速傅立葉轉換」，簡單的說：FFT是將一個時間域的信號，轉換到頻率域。【甚麼是頻譜分析？】：頻譜分析(spectral analysis)，主要是應用快速傅立葉轉換(fast Fourier transform, FFT)的數學運算，將時間域的信號，p(t)，轉換到頻率域，得到此信號的「傅立葉頻譜」(Fourier spectrum)，P(f)，以對信號作進一步的解析觀察。

【傅立葉頻譜與自身功率頻譜有甚麼不同？】：頻譜(spectrum)，簡單說是頻率域的函數，傅立葉頻譜P(f)及自身功率頻譜Gpp(f)，都是頻譜的一種，其他如頻率響應函數(frequency response function, FRF)，也是一種頻譜，當然物理意義是不同的。可參考先前的單元：【如何量測得到結構的頻率響應函數？】、【常說的【振動頻譜】或【聲音頻譜】指的是甚麼？】

這個單元主要在介紹一部「頻譜分析儀」，如何處理由感測器量測到的時間域信號，進而取得該信號在頻率域的「傅立葉頻譜」，其中的動作原理與功能之理念性介紹。

以「信號處理」(signal processing)方式的流程，可以概分為以下幾個階段：

1.      感測器(sensor)：【甚麼是「感測器」(sensor)及物理量(physical quantity)？】：簡單的說，能將「物理量」(physical quantity)轉換成電的訊號(electrical signal)之設備(device)就是「感測器」。所以，此時取得信號是電壓時間域信號，v(t)，實務上，稱之為「類比信號」(analog signal)。常見的振動噪音量測感測器，請參考：【典型的振動噪音量測信號之物理量是甚麼？】。
2.      反假象濾波器(anti-aliasing filter, AA filter)：感測器的類比信號v(t)，會需要濾波處理，以避免「假象頻率」的發生。【甚麼是假象(aliasing)？】：為避免有假像頻率出現，在對v(t)信號進行FFT運算之前，要將時間域v(t)信號在Nyquist frequency以上的高頻率信號濾除。所以，在量測中會施以「低通濾波器」(low pass filter)，又稱為反假像濾波器(Anti-Aliasing Filter, AA filter)，濾除v(t)信號中高於Nyquist frequency以上的高頻率信號，以確保高頻率信號特徵，才不會因為「頻譜摺疊效應」【甚麼是頻譜的摺疊效應(folding effect)？】，而在Nyquist frequency有效頻寬的範圍之內，出現「假象頻率」。如圖示，AA filter有兩個重要參數：(1) fnyq，「奈氏頻率」(Nyquist frequency)，是量測信號v(t)取樣頻率(sampling frequency) fs的一半，fnyq = fs/2。(2) fc，「有效截斷頻率」(cut-off frequency)，實務上，fc = fnyq /1.28。
3.      類比數位轉換器(A/D converter, analog-to-digital converter)：顧名思義A/D converter是要將類比信號v(t)，轉換為數位信號。有兩個重要參數：(1) Δt，為取樣控制的「時間間距」，Δt = 1/fs。(2) ΔV，「電壓解析度」，由A/D converter的位元數(bit)決定，再另闢單元討論。得到的數位信號，同時，會加乘感測器「靈敏度」(sensitivity)，S0，以取得實際的感測器物理量單位之信號，x(t)=v(t)*S0。【感測器的「靈敏度」(sensitivity)是甚麼？】
4.      視窗/加權函數(window/weighting function)：取得的數位信號x(t)，需要經過window函數的加權處理，以避免可能的洩漏(leakage)【甚麼是洩漏(leakage)？】、或截斷信號之誤差(truncation error)。不同的信號特徵，必須慎選適當的視窗(window)函數。
5.      快速傅立葉轉換(FFT, fast Fourier transform)：由sensor取得的類比電壓信號v(t)，經過AA filter的低通濾波處理，以及A/D converter的轉換，並與感測器的sensitivity加乘，可以得到物理量的數位信號x(t)，再與window函數加乘之後，才進行FFT的運算處理，最後得到頻率域的傅立葉頻譜(Fourier spectrum)，X(f)。【傅立葉頻譜與自身功率頻譜有甚麼不同？】

由圖示左上角，單一頻率的簡諧波，假設是由sensor量測得到的時間域電壓類比信號v(t)，經過AA filter、A/D converter、window、FFT等信號處理，最後可以得到該信號的「傅立葉頻譜」X(f)。

由圖示左下角，一個衰減的隨機信號，是典型的結構受衝擊力的加速度信號a(t)，要取得加速度傅立葉頻譜A(f)，也是經過AA filter、A/D converter、window、FFT等信號處理，最後才得到A(f)。其中，對此衰減信號(decay signal)，window要選用指數視窗(exponential window)，可避免截斷信號之誤差(truncation error)。讀者可參考：【Window effect on decay signal for FFT】、【Window effect on decay signal for FFT (2)】。

「頻譜分析儀」做了甚麼樣的「信號處理」？最後，統整一下這個單元的重點：

1.      Sensor：量測得到電壓類比信號v(t)，此信號會直接連線傳入「頻譜分析儀」Spectrum Analyzer。
2.      AA filter：在Analyzer，以硬體濾波方式，以low pass filter低通濾波器，消除信號本身在Nyquist frequency以上的頻率組成，以避免aliasing假象頻率的發生。
3.      A/D converter：將類比信號v(t)，轉換為數位信號，並與感測器的sensitivity加乘，可以得到物理量的數位信號x(t)。
4.      Window：針對不同信號特徵，選擇適當的window，取得加權的數位信號xw(t)=x(t)*w(t)。
5.      FFT：對加權後的數位信號，進行FFT運算，取得Fourier spectrum。

本單元介紹了「頻譜分析儀」處理量測信號的功能及其動作原理，包括：反假象濾波器(anti-aliasing filter, AA filter)、類比數位轉換器(A/D converter, analog-to-digital converter)、視窗/加權函數(window/weighting function)、快速傅立葉轉換(FFT, fast Fourier transform)。希望由本單元的探討，讀者能夠初步了解「頻譜分析儀」的運作原理。

以上個人看法，請多指教！

王栢村
2019.03.22

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