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振動噪音產學技術聯盟

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

屏東科技大學機械工程系振動噪音產學技術聯盟(AITA/NVH)Mobius Institute20186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-(等級I-)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  (等級è振動監測分析師
è   ISO 18436-2 Category  (等級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()14()4天半課程+半天考試,共5
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(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()~05/10()
九、報名方式:報名方式分為電子檔報名紙本報名兩種
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-mailAITAforNVH@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-mailAITAforNVH@gmail.com,將會在12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

《振動噪音科普專欄》頻譜分析儀如何處理量測信號?



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)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。

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)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 filterA/D converterwindowFFT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 filterA/D converterwindowFFT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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