3.22. Спектральный анализ
Основное назначение модуля Спектрального анализа – построение спектра случайного процесса, представленного в виде последовательности дискретных отсчетов. Необходимость в построении спектрального разложения возникает при анализе ветровых и сейсмических воздействий, а также при решении задач вибромониторинга (см. Вибромониторинг). Модуль выполняет одну единственную функцию – Дискретное Преобразование Фурье (ДПФ) – любую последовательность из N сигналов, заданных с шагом по времени Dt, можно представить в виде суммы N/2+1 гармоники с определенными амплитудами и фазами, частоты которых кратны величине 2p/(NDt). Задача ДПФ как раз и состоит в том, чтобы найти эти амплитуды и фазы.
Модуль Спектрального анализа обрабатывает два вида сигналов: 1 - последовательности сигналов, построенные на основе аналитических выражений и 2 – экспериментальные акселерограммы, спектрограммы и т.п. Сигналы, построенные на основе аналитических выражений, имеют скорее обучающее значение. На них начинающий пользователь может оценит как влияют те или иные параметры акселерограмм на точность построения спектра. На них мы остановимся несколько позже. Экспериментальные акселерограммы должны быть представлены в виде текстового файла. Программа распознает расширения файлов *.spc и *.txt, но, в принципе, расширение файла может быть любым. Файл имеет следующий формат:
<Описание файла> # <Масштабный множитель> <Количество отсчетов> <Шаг по времени>
<Отсчет 1>
<Отсчет 2>
. . . . . . . . . .
где <Описание файла> - любая информация, которую пользователь считает нужным разместить в сопровождении к данным, <Масштабный множитель> - множитель, на который будут умножены все отсчеты, <Шаг по времени> - предполагается, что все отсчеты берутся с постоянным шагом по времени. Данный формат записи соответствует требованиям Standard for the Exchange of Earthquake Data.
Для того, чтобы активировать в модуля Спектрального анализа, выберите в контрольной секции программы пункт меню Редакторы/Спектральный анализ
В результате откроется окно с меню
Щелчок по пиктограмме  позволяет выбрать файл акселерограммы. В результате на экране появляются два совмещенных окна – изображение самого процесса и его амплитудная характеристика
Инструменты в левой нижней части окна позволяют масштабировать и сдвигать изображение
Щелчок по кнопке  в правом нижнем углу окна заменяет картинку отображения амплитуд спектра на картинку отображения фаз
Выбор на панели инструментов пиктограммы  позволяет пользователю самому сформировать процесс и затем произвести его спектральный анализ. При выборе этой пиктограммы на экране появляется панель
Цветные кнопки в левой части панели уже знакомы пользователю по Калькулятору системы (описание функций можно найти там же). Задача пользователя - набрать в окне панели уравнение процесса как функцию параметра t (времени), например
2.56*sin(3.5*t)
Алгебраическое выражение может включать в себя любые функции, названия которых указаны на функциональных кнопках, скобки на любую глубину вложенности 6 знаков математических действий: +, -, *, /, ^, ~ (^ - возведение в степень и ~ - арктангенс отношения двух чисел). Кроме того, алгебраическое выражение может содержать до 10 различных параметров. Параметр – это непрерывная последовательность букв и/или цифр, начинающаяся с буквы, например
a1*sin(w1*t+f1)+ a2*sin(w2*t+f2)+…
Значения параметров можно задать, щелкнув по кнопке  , расположенной в правой части панели. В результате на экране появляется таблица, в которую можно занести значения параметров, вошедших в алгебраическое выражение:
Удобство использования параметров состоит в том, что, во-первых, они делают запись выражения более компактной и, во-вторых, параметры вместе с уравнением можно запомнить в архив, делая сформированный процесс доступным для повторного исследования с другим набором параметров.
Чтобы сохранить сформированное выражение вмести с сопутствующими параметрами в архив, надо щелкнуть по кнопке  , расположенной в правой части панели. Чтобы прочитать выражение их архива, надо щелкнуть по кнопке  , расположенной рядом,
выделить нужную строку и щелкнуть по кнопке OK. Архив представляет собой обычный тестовый файл с именем spcimpact.sea, который хранится и инсталляционном директории программы. Каждый процесс записывается в файл архива в виде отдельной строки. Запись имеет следующий формат:
<Название процесса> # <Уравнение> # <Список параметров>
<Список параметров> представляет собой перечисление имен параметров, вошедших в уравнение прцесса и, через знак ‘=’, значение параметра. Параметры разделяются символом пробела ‘ ‘. Кроме заданных пользователем параметров, в списке могут появиться еще 2 стандартных параметра: Pnt=… и Step=…, которые задают, соответственно, число точек процесса и шаг по времени.
В программа не предусмотрено средств для редактирования содержимого архива. Но никто не помешает вам, при необходимости, открыть файл spcimpact.sea, например, при помощи Notepad и отредактировать его вручную.
Архив поставляется с рядом несложных примеров. Благодаря использованию таких функций, как
|