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Strumentazione per Rumore & Vibrazioni “NOISE & VIBRATION WORKS” Option 6: OPEN-GL MULTISPETTRI 3D (&WATERFALL) |
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Le misure
‘Multispettro’
Una
misura "multispettro " è costituita da una sequenza
di analisi spettrali memorizzata nel tempo con modalità
automatica. In alcuni casi la stessa tecnica prevede una
memorizzazione in sequenza, condizionata dalle variazioni di
regime (rpm) di un motore.
Queste
misure possono essere eseguite mediante vari tipi di sistemi di
misura, solitamente caratterizzati da unità multicanale in
grado di fornire analisi spettrali in banda stretta FFT, o in
ordini armonici oppure in bande di 1/1, 1/3, 1/12, 1/24
d’ottava. Le misure "multispettro " rappresentano l’approccio più semplice e diretto nel campo delle analisi tempo – frequenza e trovano la loro migliore forma grafica di rappresentazione negli spettrogrammi e nei waterfall. L’esempio riportato in figura, descrive una misura multispettro FFT relativa al sorvolo di un elicottero e rappresentata con le modalità grafiche del tipo waterfall e sonogramma. |
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La rappresentazione ‘Waterfall’
La
grafica ‘Waterfall’ è tradizionalmente una delle modalità più
utilizzate per la rappresentazione delle analisi multispettro. La
sequenza degli spettri nel tempo viene riportata in successione con un
grafico in cui sono aggiunti dei piccoli incrementi costanti per gli
assi delle ordinate e delle ascisse. Si ottiene in questo modo un
risultato simile a quello riportato nel grafico a lato, dove il fenomeno
acustico relativo al rumore prodotto dal sorvolo di un velivolo, viene
descritto in modalità pseudo tridimensionale con l’asse delle ascisse
per le frequenze, quello delle ordinate per le ampiezze e quello
generato dalla sequenza degli spettri, come asse Z nel tempo. Per il trattamento delle misure multispettro di grandi dimensioni, sovente viene anche aggiunta la possibilità di migliorare la lettura delle ampiezze, mediante l’utilizzo di una scala cromatica con soglie e gestione colore definibile dall’operatore. |
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Sonogramma : il dominio tempo-frequenza
Nelle
analisi tempo – frequenza è possibile rappresentare la
traccia del livello nel tempo per ogni banda in frequenza e
contemporaneamente lo spettro corrispondente ad ogni istante di
tempo. La rappresentazione fornita dallo spettrogramma fornisce
una visione di insieme per questa misura a tre variabili,
utilizzando solitamente l’asse delle ascisse per la scala del
tempo, quello delle ordinate per la scala delle frequenze ed il
colore per indicare l’ampiezza del livello nei diversi istanti
e per le diverse frequenze.
Per
migliorare la lettura degli spettrogrammi, spesso vengono
associati sugli assi X ed Y i
grafici della traccia del livello di una banda di
frequenza e dello spettro corrispondente all’istante di tempo
selezionato mediante cursore; ad ogni nuovo posizionamento del
cursore sarà individuato un nuovo valore di frequenza e di
tempo a cui corrisponderanno una traccia del livello nel tempo
per la banda in frequenza individuata ed lo spettro relativo a
quell’istante di tempo. |
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La grafica waterfall con Open-GL Le rappresentazioni delle misure multispettri con la grafica waterfall, possono trarre importanti miglioramenti con l’impiego delle funzioni 3D incluse nelle librerie di ‘Open-GL’. In primo luogo è possibile gestire una vera visualizzazione ortografica, come quella riportata nella figura a fianco, gestendo tutte le movimentazioni lungo o attorno ai tre assi, semplicemente con il controllo del mouse. La velocità di rappresentazione e di movimentazione è poi un altro degli aspetti importanti ottenibile con questa soluzione. Le scalature degli assi possono essere invertite e gli assi possono anche essere scambiati tra loro. Sono previste la gestione di una soglia ed un offset per l’asse della ampiezze ed una funzione di autoscala. |
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Waterfall
in prospettiva con ‘Open-GL’
La
gestione della grafica 3D, prevede anche una visualizzazione di tipo
prospettico analoga a quanto riportato nella figura accanto, dove è
possibile impostare l’angolo di visuale in conformità
all’importanza che si desidera dare ad una specifica area della
superficie visualizzata.
Tutte
le etichette che identificano i valori della scale sui tre assi,
possono essere singolarmente dimensionate ed orientate a piacere. Gli assi possono essere convertiti da lineari in logaritmici e viceversa. L’asse delle frequenze può essere trasformato in asse degli ordini armonici e viceversa. Il livello delle ampiezze verso frequenza o verso ordini armonici, può essere integrato o derivato una o due volte. I multispettri con analisi FFT, possono essere convertiti in multispettri CPB tipo 1/3 o 1/12 d’ottava. |
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Il
controllo dell’illuminazione
Nella
rappresentazione di multispettri di grandi dimensioni, un problema
comune che si pone durante la loro visualizzazione con la grafica
waterfall, è la difficoltà nell’evidenziare le veloci variazioni
del livello del segnale, sia che queste accadano verso frequenza o
verso tempo; spesso anche l’impiego della scala cromatica non riesce
ad affrontare tale problema in modo esauriente. Nell’esempio riportato a fianco è invece possibile osservare come un attento impiego della funzione di illuminazione, riesca a migliorare la discriminazione delle discontinuità presenti nella superficie waterfall. La posizione dell’illuminatore, evidenziata dalla crocetta, fornisce mediante il gioco delle luci e delle ombre una descrizione sicuramente più fedele dell’intera rappresentazione grafica. Posizione dell’illuminatore, intensità, diffusione e riflessione sia dell’ambiente sia del materiale, costituiscono alcuni degli elementi a disposizione dell’operatore per la ricerca dei migliori risultati |
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Open-GL
"Waterfall & Sonogramma"
Considerato
che le modalità più indicate per la lettura delle misure
multispettro, sono quelle costituite dai sonogrammi e dai waterfall,
si è pensato di abbinare queste due modalità in una nuova grafica
che potesse sfruttare anche tutte le potenzialità delle librerie di
Open-GL nel modo 3D. La base della superficie della grafica waterfall 3D, è stata così spostata verso il basso, per consentire di visualizzare come sonogramma, la proiezione di quanto sopra rappresentato.Tramite mouse è possibile il completo controllo e movimentazione veloce dell’insieme, con modalità analoghe alla gestione del singolo grafico 3D. Il cursore proietta il suo posizionamento dalla superficie waterfall al sonogramma sottostante, consentendo una precisa individuazione di ciascun punto dell’analisi multispettro |
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Multispettri verso rpm
Con
i medesimi metodi grafici, possono essere rappresentati le analisi
multispettro di spettri oppure di ordini armonici verso variazione di
regime giri motore (rpm). La grafica utilizzata per questo genere di misure fornisce uno strumento di indagine diagnostica immediata, molto utile per l’osservazione globale dei difetti e delle loro possibili cause come semplice confronto delle variazioni osservate tra i grafici relativi a rilievi su di un macchinario in buone condizioni ed in cattive condizioni oppure tra due misure eseguite nel tempo per tenere sotto osservazione le condizioni di degrado di un macchinario critico. |
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