Широкополосные спектры вибрации (октавные и дольоктавные) используются для контроля вибрации (и шума) механизмов, в которых частота вращения от измерения к измерению (и в процессе измерения) может изменяться, а границы этого изменения задаются в процентах от известной средней частоты.
В таких спектрах по осям координат указываются логарифмические единицы измерения – дБ для отображения величины (уровня) составляющей сигнала и номера октавы для отображения ее частоты. В то же время для удобства сравнения дольоктавных спектров разной относительной ширины (октавных, 1/3октавных, 1/6-октавных, 1/12октавных и т.д.) стандартизованы не номера полос, а их средние (точнее средние геометрические) частоты в Герцах. Соответственно эти частоты и приводятся на графиках дольоктавных спектров.
В задачах мониторинга состояния механизмов по вибрации каждый из независимых режимов их работы по частоте вращения обычно задается с точностью +/- 5% (либо задается зона допустимых изменений частоты вращения в одном режиме шириной 10-15%). Оптимальным для мониторинга состояния с таким диапазоном изменения частоты вращения является третьоктавный спектр вибрации, измеряемый в контрольных точках.
Верхняя и нижняя граничные частоты каждой полосы третьоктавного спектра связаны соотношением , т.е. их граничные частоты отличаются на одну треть октавы. Ширина полосы третьоктавного фильтра равна 23% от его средней геометрической частоты, это значит, что чем выше средняя частота, тем шире соответствующая частотная полоса, однако в логарифмическом масштабе ширина полос одинакова (см. рис Г.1).
Таблица Г.1. Среднегеометрические и граничные частоты третьоктавных фильтров
В задачах идентификации состояния механизма необходимо определять, в какие полосы широкополосного спектра вибрации попадают те гармонические составляющие вибрации контролируемого объекта, которые отвечают за появление конкретных дефектов. Наиболее точно эта задача решается, если частота вращения известна с высокой точностью (менее 1-2%), например, по данным, получаемым из систем управления объектами контроля.
В том случае, если частота гармонической составляющей вибрации, используемой в качестве диагностического параметра, близка к граничным частотам соседних фильтров, при росте уровня гармонической составляющей вибрации в третьоктавном спектре может расти сразу две ближайшие по частоте составляющие. В этом случае рост величины гармонической составляющей вибрации может быть выше регистрируемого роста уровня соседних составляющих третьоктавного спектра вибрации на величину до 3дБ для случая, когда частота гармонической составляющей попадает точно между соседними третьоктавными полосами спектра.
Filters electrical octave and third-octave. General technical requirements and methods of testing
ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 29 марта 1982 г. N 1294
Настоящий стандарт распространяется на электронные октавные и третьоктавные пассивные и активные фильтры, предназначенные для спектрального анализа шумов при акустических и вибрационных измерениях, применяемые как самостоятельные приборы, так и встроенные в другие измерительные приборы, и устанавливает общие технические требования и методы их испытаний.
Стандарт не распространяется на узкополосные, широкополосные и корректирующие фильтры.
Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1807-76.
Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их пояснения приведены в справочном приложении 1.
1. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
1.1. Фильтры изготовляют в соответствии с требованиями настоящего стандарта и технических условий на конкретные фильтры по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.
1.2. По условиям эксплуатации фильтры должны соответствовать III, IV или V группам по ГОСТ 22261-76.
1.3. В зависимости от точности фильтры подразделяются на три класса:
1.4. Основные параметры фильтров, нормируемые значения основных параметров, допустимые отклонения и погрешности измерения должны соответствовать указанным в табл.1.
Основные параметры фильтров
Нормируемое значение основных параметров
5. Номинальное основное затухание (комплекта фильтров) дБ
8. Эффективная ширина полосы пропускания фильтра (номинальная)
9. Эффективная ширина полосы пропускания фильтра (реальная)
16. Максимальное входное напряжение фильтра (амплитудное) , В
17. Уровень собственных шумов на выходе фильтра (эффективное, относительно ) (Лин), дБ
18. Отклонение основного затухания частотной характеристики Лин (относительно ) Лин, дБ
19. Рабочий диапазон температур комплекта фильтров, °С
20. Погрешность основного затухания фильтра в рабочем диапазоне температур, дБ
21. Рабочий диапазон относительной влажности воздуха, %
22. Погрешность основного затухания фильтров в рабочем диапазоне относительной влажности, дБ
23. Выходное напряжение фильтра, вызываемое вибрацией с ускорением 10 мс (эффективное), В
24. Выходное напряжение фильтров, вызываемое уровнем звукового давления 100 дБ, В
25. Выходное напряжение фильтра, вызываемое магнитным полем 80 А/м, В
26. Напряжение питания комплекта фильтров, В
1.5. Средняя геометрическая частота полосы пропускания фильтра (номинальная), нижняя и верхняя граничные частоты полосы пропускания фильтра должны выбираться из ряда предпочтительных частот для акустических измерений по ГОСТ 12090-80.
1.7. Номинальное основное затухание комплекта фильтров должно составлять 0 дБ либо целое положительное или отрицательное число децибел, кратное 10, одинаковое для всех фильтров комплекта. Номинальное основное затухание должно быть одним и тем же для всех фильтров, входящих в комплект.
1.8. Основное затухание фильтра, входящего в комплект, должно быть равно основному номинальному затуханию комплекта фильтров с допустимым отклонением согласно табл.3 и 4 для относительной частоты =1.
Устройства, используемые для измерений в области акустики, позволяют точно анализировать и оценивать раздражающие и вредные шумы за счёт использования встроенных электронных фильтров. Для получения подробных характеристик сложных акустических сигналов, частотную область принято подразделять на ряд смежных частотных полос определённой ширины (в основмом октава или третьоктава). В России ряды предпочтительных частот для акустических измерений регламентированы стандартом ГОСТ 12090.
Полосовые пропускающие фильтры позволяют выделять составляющие сигнала с частотами внутри определённой частотной полосы, и перекрывать составляющие с частотами вне этой полосы. На данный момент общие технические требования и методы испытаний элетронных фильтров изложены в двух стандартах: ГОСТ 17168-82 «Фильтры электронные октавные и третьоктавные» и ГОСТ Р 8.714-2010 «Фильтры полосовые октавные и на доли октавы».
Последний из приведённых стандартов разработан на основе перевода на русский язык международного стандарта МЭК 61260:1995 «Электроакустика. Фильтры октавные и на доли октавы» (IEC 61260:1995 «Electroacoustics — Octave-band and fractional-octave-band filters» и по отношению к стандарту ГОСТ 17168 определяет более жёсткие требования к классам и соответствующим им пределам относительного затухания.
Для наглядного сравнения приведём выдержки из стандартов с таблицами пределов относительного затухания для третьоктавных фильтров.
*На частотах менее нижней граничной частоты полосы и более верхней граничной частоты полосы максимальный предел относительного затухания равен +∞
Несмотря на более жетские требования по классам точности, ГОСТ Р 8.714 не даёт однозначного порядка действий при проектировании и испытании полосовых фильтров. В связи с этим появляется неоднозначность толкования требований, а соответственно и невозможность чёткого сравнения и выбора устройств с набором тех или инных фильтров. Что нельзя сказать о ГОСТ 17168, где чётко и однозначно прописаны все требования, приведены способы расчёта и регламентированы методы контроля.
В утройствах для спектрального анализа ZETLAB реализован функциональный контроль измерительных каналов в таких режимах как «Октавный анализ» и «1/3-октавный анализ» в соотвтетсвии с государственными стандартами.
Долеоктавный спектральный анализ
Программа Долеоктавный спектральный анализ позволяет измерять уровень сигналов в октавных, 1/3-, 1/12-, 1/24-октавных спектральных полосах. Количество полос — 17, 51, 204, 406 соответственно. Октавные и 1/3-октавные фильтры соответствуют 1му классу точности по ГОСТ 17168-82 «Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие технические требования и методы испытаний» и по ГОСТ Р 8.714-2010 «Фильтры полосовые октавные и на доли октавы. Технические требования и методы испытаний».
Октавный и 1/3-октавный анализ широко используются при проведении измерений уровней шума и вибрации. Предельные уровни шума и вибрации задаются в санитарных, эксплуатационных и сдаточных нормах в интегральных, 1/3-октавных и октавных полосах частот. Программа используется для измерения виброакустических характеристик.
Программа «Долеоктавный спектральный анализ»
Долеоктавная фильтрация
Программа Фильтрация сигналов позволяет производить обработку сигнаов сигналов, поступающих на входные каналы измерительных устройств (либо сигналов с виртуальных каналов, созданных программами, входящимо в состав ПО ZETLAB) в октавных и 1/3-октавных спектральных полосах. Октавные и 1/3-октавные фильтры, реализованные в данной программе соответствуют 1му классу точности по ГОСТ Р 8.714-2010 «Фильтры полосовые октавные и на доли октавы. Технические требования и методы испытаний».
В программе заложены пределы относительного затухания фильтров соответсвующие 1му классу точности, что визуально отображается в нижней части главного окна программы в поле АЧХ фильтра.
Программа «Фильтрация сигналов. Долеоктавная фильтрация»
Программы входят в состав пакета программного обеспечения ZETLAB ANALIZ, которое поставляется вместе с анализаторами спектра в качестве базовой комплектации.
ZET 017-U8
анализатор спектра; 8 измерительных каналов; диапазон частот до 20 кГц
ZET 017-U4
анализатор спектра; 4 измерительных канала; диапазон частот до 20 кГц
Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие технические требования и методы испытаний
Предлагаем прочесть документ: Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие технические требования и методы испытаний. Если у Вас есть информация, что документ «ГОСТ 17168-82» не является актуальным, просим написать об этом в редакцию сайта.
Дата введения:
01.01.1983
29.03.1982
Утвержден
Госстандарт СССР
Издан
Издательство стандартов
Статус документа на 2016:
Актуальный
Выберите формат отображения документа:
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ФИЛЬТРЫ ЭЛЕКТРОННЫЕ ОКТАВНЫЕ И ТРЕТЬОКТАВНЫЕ
ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
ГОСТ 17168-82 (СТ СЭВ 1807-79)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ Москва
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ФИЛЬТРЫ ЭЛЕКТРОННЫЕ ОКТАВНЫЕ И ТРЕТЬОКТАВНЫЕ
Общие технические требования и методы испытаний
Filters electrical octave and third-octave.
General technical requirements and methods of testing
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 29 марта 1982 г. № 1294 срок действия установлен
Несоблюдение стандарта преследуется по закону
Настоящий стандарт распространяется на электронные октавные и третьоктавные пассивные и активные фильтры, предназначенные для спектрального анализа шумов при акустических и вибрационных измерениях, применяемые как самостоятельные приборы, так и встроенные в другие измерительные приборы, и устанавливает общие технические требования и методы их испытаний.
Стандарт не распространяется на узкополосные, широкополосные и корректирующие фильтры.
Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1807-76.
Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их пояснения приведены в справочном приложении 1.
1.1. Фильтры изготовляют в соответствии с требованиями настоящего стандарта и технических условий на конкретные фильтры по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.
1.3. В зависимости от точности фильтры подразделяются на три класса:
1.4. Основные параметры фильтров, нормируемые значения основных параметров, допустимые отклонения и погрешности измерения должны соответствовать указанным в табл. 1.
Основные параметры фильтров
Нормируемое значение основных параметров
1. Средняя геометрическая частота полосы пропускания фильтра (номинальная) fm, Гц
2. Нижняя граничная частота полосы пропускания фильтра f1, Гц
3. Верхняя граничная частота полосы пропускания фильтра f2, Гц
4. Средняя геометрическая частота полосы пропускания фильтра (расчетная) f‘m, Гц
5. Номинальное основное затухание (комплекта фильтров) Nn, дБ
6. Основное затухание фильтра (относительно Nnна частоте fm) Nm, дБ
8. Эффективная ширина полосы пропускания фильтра (номинальная) b0
9. Эффективная ширина полосы пропускания фильтра (реальная) bе
10. Допустимое отклонение эффективной ширины полосы фильтра (от эффективной ширины полосы соответствующего идеального фильтра) δе, %
11. Входное полное сопротивление фильтра (модуль) |z1|, кОм
12. Выходное полное сопротивление фильтра (модуль) |z2|, Ом
13. Выходное полное нагрузочное сопротивление фильтра (модуль) |z3|, кОм
14. Входное напряжение фильтра (номинальное, эффективное) U1, В
15. Выходное напряжение фильтра (номинальное, эффективное) U2, В
16. Максимальное входное напряжение фильтра (амплитудное) U1mах, В
17. Уровень собственных шумов на выходе фильтра (эффективное, относительно U2) L2 (Лин), дБ
18. Отклонение основного затухания частотной характеристики Лин (относительно Nn) ΔЛин, дБ
19. Рабочий диапазон температур комплекта фильтров, °С
20. Погрешность основного затухания фильтра в рабочем диапазоне температур, дБ
21. Рабочий диапазон относительной влажности воздуха, %
22. Погрешность основного затухания фильтров в рабочем диапазоне относительной влажности, дБ
24. Выходное напряжение фильтров, вызываемое уровнем звукового давления 100 дБ, В
25. Выходное напряжение фильтра, вызываемое магнитным полем 80 А/м, В
26. Напряжение питания комплекта фильтров, В
1.5. Средняя геометрическая частота полосы пропускания фильтра (номинальная), нижняя и верхняя граничные частоты полосы пропускания фильтра должны выбираться из ряда предпочтительных частот для акустических измерений по ГОСТ 12090-80.
1.7. Номинальное основное затухание комплекта фильтров должно составлять 0 дБ либо целое положительное или отрицательное число децибел, кратное 10, одинаковое для всех фильтров комплекта. Номинальное основное затухание должно быть одним и тем же для всех фильтров, входящих в комплект.
1.8. Основное затухание фильтра, входящего в комплект, должно быть равно основному номинальному затуханию комплекта фильтров с допустимым отклонением согласно табл. 3 и 4 для относительной частоты f/fm = 1.
Средняя геометрическая частота полосы пропускания фильтра fm, Гц
Расчетное значение средней геометрической частоты полосы пропускания фильтра f’m, Гц
1.9. Затухание октавных и третьоктавных фильтров 1, 2, 3-го классов точности для относительных частот f/fmдолжно соответствовать значениям, приведенным в табл. 3 и 4 и на черт. 1 и 2. Расчет затухания фильтра в зависимости от частоты приведен в справочном приложении 2.
Затухание, дБ, октавных фильтров, классов точности
Затухание октавных фильтров 1, 2, 3-го классов точности
Затухание третьоктавных фильтров 1, 2, 3-го классов точности
Затухание, дБ, третьоктавных фильтров классов точности
1.10. Отклонение δе в процентах эффективной ширины полосы пропускания фильтра от номинального значения ширины полосы b0 не должно превышать значений, приведенных в табл. 5.
(1)
где
fm— средняя геометрическая частота полосы пропускания;
bе— эффективная ширина полосы пропускания реального фильтра, который пропускает такую же мощность на белом шуме, как и идеальный П-образный фильтр с тем же основным затуханием.
Номинальное значение (ширины полосы) b0
Отклонение эффективной ширины полосы пропускания фильтра от номинального значения ширины полосы δe, %, для классов точности
Пример вычисления эффективной ширины полосы пропускания приведен в справочном приложении 3.
1.11. Входное полное сопротивление фильтра (модуль) должно быть не менее 10 кОм.
1.12. Выходное полное сопротивление фильтра (модуль) должно быть не более 300 или 600 Ом.
1.13. Выходное полное нагрузочное сопротивление фильтра (модуль) должно быть 600 Ом или более 10 кОм.
1.15. Номинальное эффективное значение входного напряжения фильтра должно составлять 1 В.
1.16. Номинальное эффективное значение выходного напряжения фильтра должно составлять 1 В.
1.17. Максимальное амплитудное значение входного напряжения фильтра должно быть не менее четырехкратного значения номинального эффективного входного или выходного напряжения.
1.18. Уровень собственных шумов на выходе фильтра относительно номинального эффективного напряжения сигнала на выходе фильтра не должен превышать значений, приведенных в табл. 6.
Уровень собственных шумов на выходе фильтра L2 (Лин), дБ, для классов точности
1.19. Затухание фильтров, имеющих частотную характеристику «Лин» (линейная) в частотном диапазоне комплекта фильтров от 0,7fmнижнего фильтра комплекта до 1,5fт верхнего фильтра комплекта при включении этой характеристики не должно отличаться от основного номинального затухания комплекта фильтров более чем на ±0,5 дБ.
1.20. При подаче неискаженного синусоидального сигнала с номинальным значением входного напряжения на вход фильтра измеренная на выходе разность уровней между основным сигналом на выходе и любой создаваемой в фильтре гармонической составляющей должна быть больше, чем затухание фильтра на частоте этой гармонической составляющей.
1.22. Для фильтров необходимо указать рабочий диапазон относительной влажности воздуха, в пределах которого фильтры сохраняют свои технические характеристики.
Для фильтров, предназначенных для эксплуатации вне зданий, основное затухание не должно изменяться более чем на ±0,5 дБ при относительной влажности воздуха от 65 до 90 % и при температуре до плюс 40 °С или соответствующем парциальном давлении водяного пара в воздухе до 4 кПа в зависимости от того, какое требование является менее жестким.
1.24. Для фильтров необходимо указать максимальное эффективное напряжение в диапазоне частот от 31,5 до 8000 Гц, вызываемое синусоидальным звуковым давлением с уровнем 100 дБ, при отсутствии звукоизолирующих средств.
1.25. Для фильтров следует указать максимальное эффективное выходное напряжение, вызываемое переменным магнитным полем напряженностью 80 А/м, частотой 50 или 60 Гц, в направлении максимальной чувствительности к магнитному полю.
1.26. Для фильтров, имеющих питание от внутренней батареи, должен быть предусмотрен контроль напряжения питания при номинальном значении потребляемого тока.
1.27. На фильтре должны быть нанесены следующие данные:
класс точности фильтров;
обозначение входных и выходных зажимов фильтров и органов управления фильтров.
1.29. Фильтры должны сопровождаться паспортом. Содержание паспорта на фильтры приведено в справочном приложении 4.
2.2. Подключение фильтра при испытаниях к источнику напряжения и к вольтметру должно проводиться непосредственно при соблюдении условий пп. 1.11; 1.12; 1.13 или через дополнительные сопротивления, выполненные в виде активных резисторов.
2.3. Среднюю геометрическую и граничные частоты фильтра (п. 1.5) следует проверять путем сравнения паспортных данных с приведенными в табл. 2.
2.4. Основное номинальное затухание комплекта фильтров проверяют путем сравнения паспортных данных с требованиями п. 1.7.
2.5. Затухание фильтра Δa в соответствии с п. 1.9 следует измерять при номинальном, на 30 дБ меньшем, чем номинальное, и максимально допустимом напряжениях на входе фильтра по схеме черт. 3. При этом измерения следует проводить до уровней, на 5 дБ превышающих уровни помех.
Измерение затухания фильтра проводят также методом сравнения с образцовым магазином затухания и путем записи затухания на самописце уровня.
Затухание фильтра Δa на данной частоте следует вычислять по формуле
(4)
Nn— номинальное основное затухание комплекта фильтров.
Затухание комплекта фильтров следует измерять от частоты, в три раза меньшей средней геометрической частоты самого низкочастотного фильтра из комплекта fт, до частоты, в три раза превышающей среднюю геометрическую частоту самого высокочастотного фильтра.
В диапазоне частот от 1 /2fm1, до 2fт2, погрешность измерения не должна превышать ±0,3 дБ, в остальном диапазоне ±1,0 дБ.
Результаты измерений затухания фильтра не должны превышать значений, приведенных в табл. 3 и 4.
2.6. Отклонение эффективной ширины полосы пропускания фильтра от номинального значения ширины полосы δeдолжно определяться по формуле (1) п. 1.10.
Эффективную ширину полосы пропускания определяют также методом сравнения на белом шуме испытываемого фильтра с образцовым фильтром, эффективная ширина полосы которого известна с погрешностью не более ±3 %.
Вычисленное значение отклонения δене должно превышать значений, приведенных в табл. 5.
2.7. Входное полное сопротивление фильтра |z1| (модуль) (п. 1.11) следует измерять на частоте fm по схеме черт. 4.
Вычисление следует проводить по формуле
(5)
Выходное сопротивление генератора не должно превышать 0,1 кОм.
Величина |z1| не должна превышать значений, указанных в п. 1.14.
2.8. Выходное полное сопротивление фильтра |z2| (модуль) (п. 1.12) следует измерять на частоте fтпо схеме черт. 5.
Вычисление следует проводить по формуле
(6)
Напряжение на генераторе 1 должно быть выбрано так, чтобы при включении нагрузки R2 искажения сигнала на выходе не превышали 1 ÷ 5 %.
2.9. Влияние выходного нагрузочного сопротивления на затухание фильтра следует определять по схеме черт. 3 по методике, указанной в п. 2.5, при сопротивлении R2 = 10 кОм. При этом следует измерять затухание фильтра на частотах, указанных в табл. 3 и 4. Результаты измерений не должны выходить за пределы, установленные в табл. 3 и 4.
Отклонения измеренного затухания не должны превышать требований п. 1.19.
2.12. Измерения по п. 1.20 должны проводиться по схеме черт. 3, где вольтметр 6 заменен узкополосным анализатором.
При этом погрешность измерения затухания не должна превышать ±0,5 дБ.
Требования п. 1.20 должны выполняться при любом входном напряжении, вплоть до максимально допустимого напряжения, определенного в п. 1.17, когда на выходе фильтра измеряется суммарное напряжение (включающее составляющие, появляющиеся в результате искажений).
2.13. Погрешность основного затухания фильтра при изменении температуры должна определяться при помещении фильтра в камеру тепла или холода и измерения затухания фильтра по методике п. 2.5, по схеме черт. 3 на частоте fт. Измерения должны проводиться при граничных температурах рабочего диапазона. Разность измеренных основных затуханий для нормальной температуры (20 ± 1) °С и граничных температур не должна превышать требований п. 1.21.
2.14. Погрешность основного затухания фильтра в рабочем диапазоне относительной влажности должна определяться при помещении фильтра в камеру влажности и измерении аналогично п. 2.13. Погрешность основного затухания не должна превышать требований п. 1.22.
Измерения проводят также в отраженном звуковом поле на третьоктавных полосах шума, что должно быть отмечено в протоколе измерений.
2.17. Выходное напряжение, вызываемое переменным магнитным полем, должно определяться при помещении фильтра в переменное магнитное поле при различных ориентациях фильтра. Напряженность магнитного поля должна быть измерена с помощью образцовой измерительной катушки при отсутствии фильтра в магнитном поле.
2.18. Пределы рабочего диапазона напряжения питания фильтра должны определяться путем измерения затухания фильтра на частоте fтпо п. 2.5, по схеме черт. 3 при установлении минимального и максимального значений напряжения питания. Затухание фильтра должно соответствовать табл. 3, 4.
, где
, т.е. их граничные частоты отличаются на одну треть октавы. Ширина полосы третьоктавного фильтра равна 23% от его средней геометрической частоты, это значит, что чем выше средняя частота, тем шире соответствующая частотная полоса, однако в логарифмическом масштабе ширина полос одинакова (см. рис Г.1).
, В
=1.
(1)
(4)
(5)
(6)