KATEDRA AUTOMATIZAČNÍ TECHNIKY A ŘÍZENÍ Fakulta strojní, VŠB - TECHNICKÁ UNIVERZITA ul. 17. listopadu 15, Ostrava - Poruba

Transkript

1 KATEDRA AUTOMATIZAČNÍ TECHNIKY A ŘÍZENÍ Fakulta strojní, VŠB - TECHNICKÁ UNIVERZITA ul. 17. listopadu 15, Ostrava - Poruba SIGNAL ANALYSER Uživatelská příručka programu pro výuku předmětu Zpracování signálů Zpracoval: Prof. Ing. Jiří Tůma, CSc. Srpen 2007

2 Obsah 1 Účel programu Ovládání programu Hlavní nabídka programu Nástrojový pruh Kontextová nabídka Organizátory a poznámkový blok Příkazy Expand All a Collapse Titulek položky stromu v organizátorech Document Remove Measurement Organiser Položky vkládané do jednoho měření Insert Measurement Binary Data arranged in Columns Binary Data from Buf-files ScopeWin Binary Data W-files ASCII data ze schránky nebo z textového souboru Waveform File Waveform-Audio Input Device Multifunction I/O Device BK 2032 Time a BK 3550 Time History PULSE Time History from Clipboard FIR Filter Design Qudrature Mirror Filter for DWT Flicker Noise Generation Signal Generator Properties pro Measurement Organiser Kontextová nabídka v Measurement Organiser Clear Orbit Show Zoom Play Copy a Save Instrument Organiser Insert Instrument Insert Input Seznam přístrojů Přístroje s výpočtem FFT Přístroj Tachometer Jednoduché převzorkování signálů Převzorkování signálů Přístroj Overall Testovací jednotka FIR Filters Diskrétní waveletová transformace Correlation FIR Filter FRF Lineární kombinace AR Model AR Spectrum Detrend Eigenanalysis Vold/Kalman Kalmanův filtr Statistics Script Některé postupy konfigurace přístrojů a připojených signálů Výpočet spektra signálu Doplnění spekter o otáčky stroje

3 Převzorkování signálu Výpočet reálného cepstra Properties pro Instrument Organiser Záložka Input Záložka Setup a Setup2 pro přístroj Time Záložka Setup a Setup2 pro FFT Záložka Setup a Setup2 pro Autospectrum Záložka Setup a Setup2 pro CPB Záložka Setup a Setup2 pro Cross-Spectrum Záložka Setup a Setup2 pro FRF Záložka Setup a Setup2 pro Overall Záložka Setup a Setup2 pro Tachometer Záložka Setup pro Simple Resampling Záložka Setup a Setup2 pro Resampling Záložka Setup a Setup2 pro Test Unit Záložka Setup a Setup2 pro FIR Filters Záložka Setup pro Corelation Záložka Setup pro FIR Filter FRF Záložka Setup a Setup2 pro Linear Combination Záložka Setup a Setup2 pro AR Model Záložka Setup a Setup2 pro AR Spectrum Záložka Setup a Setup2 pro Detrend Záložka Setup a Setup 2 pro Eigenanalysis Záložka Setup a Setup 2 pro Vold-Kalman Záložka Setup a Setup 2 pro Kalman Filter Záložka Setup a Setup 2 pro Statistics Záložka Setup a Setup 2 pro Script Záložka Filter Záložka Multi Záložka Filter Záložka Pass By Start Úprava vzhledu grafu Úprava vzhledu grafu v nabídce Edit Kopírování nastavení formátu grafu Otevření programu Microsoft graph Úprava proporcí 3D grafu Barevná stupnice plošného 3D grafu Barva a tloušťka křivek Data pro graf Stavový pruh grafu Použití kurzoru v grafu Export grafu ve formě bitové mapy Export to Excel Open a Save Microsoft Graph Formát čísel Note Book (poznámkový blok) Uložení a otevření projektu Options Poznámky k instalaci programu O původu aplikace

4 1 Účel programu Program je určen ke zpracování časových záznamů signálů různými softwarovými přístroji instrumenty. Výsledky jsou znázorněny v grafech vytvořených s pomocí aplikace Microsoft Graph verze 9.0 a výše, která nemůže být spuštěna samostatně, ale pomocí automatizace z jiné aplikace, v daném případě z aplikace Signal Analyser. Tyto grafy se editují naprosto shodně s grafy vytvořenými v aplikaci Excel a lze je přenést prostřednictvím schránky do libovolné aplikace Microsoft Office. Vstupní signály jsou v aplikaci organizovány ve stromové struktuře ve skupinách odpovídajících jednomu měření s jednotnou vzorkovací frekvencí. Tento organizátor měření má označení Measurement Organiser. Jednotlivé přístroje jsou rovněž uspořádány ve stromové struktuře, která se nazývá Instrument Organiser. K jednotlivým přístrojům Instrument Organiser se připojují jako vstupní signály položky z Measurement Organiseru. Měření se signály lze načíst ze zdrojových dat několika způsoby a v různých formátech. Připojení jednotlivých signálů k přístrojům, včetně nastavení těchto přístrojů, a načtená data lze uložit do souboru projektu s příponou SGA nebo SGB. Tuto příponu lze asociovat s aplikací SignalAnalyser.exe. Ikona programu je uložena v souboru SignalAnalyser.ICO, který se nainstaluje do stejného adresáře jako aplikace SignalAnalyser. 2 Ovládání programu Program odpovídá standardu Multiple Document Interface. Synovské (child - syn) formuláře lze postupně aktivovat (kliknutím myší na jejich plochu ztmavne jejich horní pruh) pro přijímání příkazů. Některé formuláře je však třeba uzavřít, aby bylo možné aktivovat ostatní synovská okna. Tyto nesynovské formuláře se uzavřou stiskem tlačítka OK, Cancel nebo kliknutím na křížek v pravém horním rohu formuláře. Ovládání aplikace respektuje pravidla operačních systémů Microsoft Windows. Téměř všechny příkazy lze vykonat několika způsoby. Hlavní prostředky pro ovládání aplikace SignalAnalyser jsou následující o Hlavní nabídka (main menu) programu v horní části hlavního okna. Kliknutím pravým tlačítkem myši s kurzorem na vybrané položce hlavní nabídky se otevře seznam s nabídkou řady dalších příkazů a akcí. Bez myši se lze na hlavní nabídku dostat stiskem funkční klávesy F10 a výběrem dílčí nabídky vodorovnou šipkou a jejím potvrzením stiskem klávesy Enter. Nabídka pod položkou Instrument nebo Measurement je zdvojena kontextovou nabídkou pro položky stromu obou organizátorů. o Nástrojový pruh (toolbar) s tlačítky pro nejdůležitější funkce obsažené v hlavní nabídce programu. Editační tlačítka pro obsah poznámkového bloku jsou oproti hlavní nabídce programu navíc. Těmito editačními tlačítky lze zvolit zarovnání textu, odrážky a rozměry odstavce ve formulářích Document nebo poznámkový blok. o Kontextová nabídka (menu), kterou lze vyvolat stiskem pravého tlačítka myši s kurzorem na vybrané položce. Tato položka nebo objekt musí mít ovšem kontextovou nabídku definovanou. Jedná se o položky stromů v obou organizátorech, obsahu poznámkového bloku a obsahu formuláře s grafem. Jednotlivé nabídky v obou organizátorech mohou být blokovány v závislosti na výběru položky v hierarchické úrovni stromu. o Klávesové zkratky, které lze zjistit z hlavní nabídky programu (současný stisk klávesy Ctrl a vybraného písmene). Další klávesové zkratky jsou využity k ovládání kurzoru pro graf, který je výsledkem výpočtu. O stavu programu informuje stavový pruh ve spodní částí hlavního okna programu. Nástrojový pruh (Toolbar) a stavový pruh (Status Bar) lze skrýt nebo zobrazit příkazy z volby View hlavní nabídky programu. Dalším znakem programu jsou různé volby a místa pro vstup textu a číselných údajů, které jsou označovány v textu nápovědy jako TextBox. 3

5 Při vkládání numerických údajů lze zvolit češtinu. Zvláště při vkládání numerických hodnot s desetinnou čárkou (tečkou) je třeba sledovat výsledek operace. Pokus napsat desetinnou tečku (ne čárku) do Text Boxu, ve kterém je očekáváno desetinné číslo, v českých Windows ohlásí chybu Type mismatch. 2.1 Hlavní nabídka programu Hlavní nabídka (menu) programu SignalAnalyser má následující vzhled Hlavní nabídka začíná položkami s titulky File, Edit,, které lze kliknutím rozvinout v další podnabídky. Mezi položkami Organiser a Windows je vložen další titulek, a to buď Measurement nebo Instrument v závislosti na aktivním organizátoru. Jestliže není aktivní žádný organizátor, pak tento titulek chybí. File Obsahuje nabídky k otevření a uložení projektu (soubor s příponou SGA nebo SGB) a nabídku Options, ve které lze změnit některé obecné parametry programu. Edit V této nabídce jsou podnabídky rozděleny do čtyř skupin. První položkou první skupiny je nabídka Edit Graph k editování grafu, která je ekvivalentní dvojitému kliku na ploše grafu nebo volbě Upravit z kontextové nabídky na ploše grafu, a její volba znamená otevření grafu. K editování stavového pruhu u formuláře s grafem slouží nabídka Edit Graph Status Bar, která je ekvivalentní dvojitému kliknutí na stavovém pruhu grafu. Formát popisek dat a formát popisu os lze upravit volbou nabídek Data Label Format, Tick Labels Format a Gridlines On/Off. Formát popisu je zadáván řetězcem (viz kapitola Formát čísel v oddílu pojednávajícím o otevření aplikace Microsoft Graph) a poslední volbou první skupiny zapnutí a vypnutí rastru grafu. Druhá skupina voleb umožňuje vybrat čtyři typy 3D grafů a zapnout nebo vypnout zobrazení legendy ve všech typech grafů. Nabídky Cut, Copy a Paste ve třetí skupině voleb reagují na text a znamenají přesun mezi textovými řetězci a schránkou (Clipboard). Nabídka Copy může převzít do schránky také graf a pak je vložit například do poznámkového bloku nebo do jiné aplikace Microsoft Office (Word). Jen v hlavní nabídce programu je volba Copy Data. Do schránky se převezme obsah datového listu pro případné vložení jeho obsahu například do listu Excelu. Kliknutím na položce Save Displayed Part of Signal za podmínky, že je vybrán formulář s grafem a v tomto grafu je znázorněna část záznamu signálu, se vytvoří nová položka měření s jedním nebo více signály. V tomto měření s názvem Part of původního měření jsou signály se zkráceným časovým průběhem, které odpovídají zobrazené výseči původního signálu. Pro zkrácený záznam jsou vypočteny základní statistické charakteristiky signálu. Čtvrtá skupina voleb slouží ke kopírování formátu grafů. Podrobnosti jsou uvedeny v části nápovědy pojednávající o kopírování formátu grafu Export Nabídky k exportu grafu ve formátu JPEG a GIF nebo k uložení a načtení grafu ze souboru s příponou GRF, který obsahuje objekt Microsoft Graph. Po načtení tohoto souboru lze pokračovat v editaci grafu nebo jej přenést do některého programu Microsoft Office. View Nabídka k trvalému skrytí nebo zobrazení nástrojového pruhu a stavového pruhu pro hlavní formulář (okno) programu a formulář s grafem. Dále nabídka obsahuje příkazy k otevření formuláře pro zadání parametrů fontu ke grafu a formulářům typu Document a poznámkový blok poznámkový blok, dále nabídku k ovládání proporcí 3D grafu a nabídku k úpravě barevné stupnice 3D plošného grafu. Organiser Nabídka k zobrazení a skrytí organizátoru měření a přístrojů a poznámkového bloku. Measurement a Instrument dočasně zobrazované nabídky při aktivaci (vybrání) jednoho z těchto dvou organizátorů. Nabídka u těchto položek je shodná s kontextovou nabídkou u položek stromu obou organizátorů. Windows Nabídka pro ovládání rozmístění dílčích (synovských) formulářů v rozsahu hlavního formuláře programu a seznam otevřených formulářů. Název aktivního okna je zleva opatřen značkou. 4

6 Help Nabídka k otevření nápovědy a informace o verzi programu (About) 2.2 Nástrojový pruh Nástrojový pruh (toolbar) aplikace SignalAnalyser má následující vzhled Řada tlačítek je univerzálně používána v programech pro operační systém Windows. Je to tlačítko pro vytvoření nového projektu, otevření nového projektu uloženého v paměti, pro uložení projektu, pro tisk obsahu formuláře s grafem, pro vynětí textu, pro kopírování textu nebo grafu a nebo pro vložení textu. Speciální tlačítka jsou následující Otevřít nový projekt (New project). Po stisknutí tohoto tlačítka se otevře prázdný projekt bez měření a přístrojů se zavřenými oběma organizátory. Tento nový projekt je třeba naplnit daty, přístroji a nakonfigurovat. Otevřít dříve vytvořený projekt (Open project). Projekt se vyhledá prostřednictvím standardního formuláře. Uložit rozpracovaný projekt do paměti (Save project). Kopírovat rozměr a formát os grafů. Stiskem tlačítka se rozměr vybraného formuláře s grafem a vlastnosti obrázku zaznamenají a uvolněním tlačítka se přenesou na jiný vybraný formulář s grafem. (Copy Graph Format) Pro otevření a skrytí formuláře organizátoru měření Pro otevření a skrytí formuláře organizátoru přístrojů. Pro zrušení položky ve stromu organizátoru měření nebo přístrojů. Pro otevření a skrytí formuláře vlastností (Properties) libovolné položky ve stromu organizátoru měření nebo přístrojů. Pro spuštění nebo zastavení přehrávání signálu zvukovou kartou ze stromu organizátoru měření. Jestliže je toto tlačítko trvale stisknuto, pak přehrávání běží. Kliknutí na tlačítko ve stisknutém stavu se přehrávání zastaví. Pro spuštění vykreslení grafu signálu z organizátoru měření nebo pro spuštění výpočtu výstupu přístroje včetně vykreslení příslušného grafu. Která akce se vykoná závisí na tom, zda je aktivní (tj. vybrán po kliknutí na jeho plochu, což se projeví zbarvením jeho horního pruhu) organizátor měření nebo organizátor přístrojů. Po kliknutí na toto tlačítko se zastaví překreslování formuláře s grafem, avšak výpočet pokračuje. Graf s mnoha křivkami se překreslí až po ukončení výpočtu, což jej podstatně zrychlí. Tlačítko po kliknutí kurzorem myši změní svou ikonu následujícím způsobem Vzhled tlačítka při zastavení překreslování grafu při opakovaném výpočtu Kliknutí na toto tlačítko se ukončí opakovaný výpočet grafů před dosažením zadaného počtu opakování. Tlačítko pro otevření a skrytí formuláře s poznámkovým blokem. Jestliže je otevřeno okno poznámkového bloku a navíc je ještě také aktivní, pak je nástrojový pruh obsahuje ještě editační tlačítka pro obsah poznámkového bloku. Tyto tlačítka mají shodný význam jako v aplikaci Word. 5

7 Nástrojový pruh lze skrýt volbou v nabídce View z hlavní nabídky programu. 2.3 Kontextová nabídka Kontextová nabídka (menu) se otevírá kliknutím na pravé tlačítko myši, přičemž musí být vybraná položka, která má tuto nabídku definovanou. Vzhled kontextové nabídky v organizátoru měření je následující Vzhled kontextové nabídky v organizátoru přístrojů je následující Vzhled kontextové nabídky v poznámkovém bloku je následující Vzhled kontextové nabídky na ploše formuláře s grafem je následující U měřicího a přístrojového organizátoru mohou být některé položky kontextové nabídky blokovány. Totéž platí pro kontextovou nabídku v poznámkovém bloku. Například, když není vybrán žádný text, pak nemůže být také kopírován nebo zrušen. 3 Organizátory a poznámkový blok Formuláře s organizátory se otevírají nebo zavírají volbou položky Organiser ve hlavní nabídce (začíná položkou File) nebo příslušným tlačítkem nástrojového pruhu (Toolbar). Kromě organizátoru měření (Measurement) a přístrojů (Instrument) lze otevřít nebo zavřít také poznámkový blok (Note Book). Obsah formulářů obou organizátorů a poznámkového bloku je po zavření zachován pro případné další otevření. Data a přístroje jsou graficky přehledně umístěna do stromových struktur. Ve stromu měření (organizátor měření Measurement Organiser) jsou dostupné signály, které se připojují k přístrojům uspořádaným v organizátoru (Instrument Organiser), každá položka obou stromů má své vlastnosti (Properties). Formuláře s vlastnostmi mají pro každý organizátor samostatný vzhled. Obsah formulářů se automaticky změní po změně výběru položky obou stromů. Kromě formuláře s vlastnostmi vybraných položek je obsah formuláře zapsán do formuláře Document s obsahem přenositelným do 6

8 schránky (Clipboardu). Data lze prohlížet bez úprav (příkaz Show) nebo z dat lze vypočítat spektra nebo upravené časové průběhy (příkaz Start). Jednoduše se na přístroj napojí vybraný signál. Některé výpočty však vyžadují dva signály. Je to například frekvenční přenos nebo zpracování signálů s využitím informace o otáčkách stoje. Z uvedené dvojice je jeden signál referenční a druhý je vstupem pro výpočet. U přenosu je například referenčním signálem vstupní signál soustavy. U přístrojů využívajících jako doplňkovou informaci otáčky stroje je referenčním signálem posloupnost pořadí vzorků určujících okamžiky impulsního signálu detekujícího průchody značky na rotující hřídeli. Výsledkem výpočtu je graf, který se zobrazí v nově otevřeném okně. U některých výpočtů je pod grafem stavový pruh obsahující některé důležité souhrnné hodnoty. Protože k vytvoření grafu je použita komponenta známá z programu Excel, je jeho vzhled možné dále upravit. Nedokončené zpracování naměřených dat lze uložit (včetně načtených dat) jako projekt, ke kterému se lze později vrátit. Uložit lze také jednotlivé grafy se všemi úpravami k pozdějšímu překopírování do dokumentu zprávy z měření. Nastavení programu včetně vstupních dat lze doplnit popisem v poznámkovém bloku (NoteBook), což představuje formulář s titulkem Note for Project. 3.1 Příkazy Expand All a Collapse Podřízené položky stromu obou organizátorů lze rozvinout (Expand) nebo svinout (Collapse) třemi způsoby První způsob je volbou příkazu Expand All nebo Collapse v kontextové nabídce. Druhý způsob je prostřednictvím hlavní nabídky programu pod položkou Measurement nebo Instrument. Třetí způsob spočívá v kliknutí na znak + nebo vlevo od titulku každé položky stromu. 3.2 Titulek položky stromu v organizátorech Jméno každé položky stromu v obou organizátorech lze měnit několika způsoby: První způsob je volbou příkazu Edit Label v kontextové nabídce. Druhý způsob je prostřednictvím hlavní nabídky programu pod položkou Measurement nebo Instrument. Třetí způsob spočívá v opětovném kliknutím s delší prodlevou (nesmí to být dvojklik) na stejné položce stromu. Při vykreslování grafu složeného z několika křivek se titulek skládá ze jmen dílčích signálů. Doporučuje se proto omezit délku používaných jmen, protože není možné titulek grafu prodloužit na tři řádky. Změna titulku signálu nebo měření se automaticky promítne do titulku tohoto signálu z příslušného měření, který je vstupem přístroje z přístrojového organizátoru. 3.3 Document Formulář podobný poznámkovému bloku. Do tohoto formuláře s titulkem Note for pokračujícím názvem signálu, měření nebo přístroje jsou automaticky uloženy textové údaje, které jsou obsažené v nastavení okna Properties. TextBox na formuláři je typu Rich TextBox a obsahuje data v RTF formátu. Obsah formuláře lze kopírovat do dokumentace, která hodnotí výsledky výpočtu Editovací nástroje jsou součástí nástrojového pruhu. Jako v aplikaci Word jsou dostupné různé způsoby zarovnání textu, typů písma, voleb velikostí odrážek a odsazení textu v odstavcích. Součástí nabídky View z hlavní nabídky programu je položka Font pro zadání fontu a velikosti písma. Po otevření formuláře Font lze změnit font vybraného úseku textu. Do poznámkového bloku lze vkládat text a obrázky s využitím jeho vlastní kontextové nabídky. Bitové mapy nejsou vhodné, protože zvětšují neúměrně rozsah souboru projektu. Formulář Document se otvírá a volbou Document v nabídkách Measurement nebo Instrument z hlavní nabídky programu nebo z kontextové nabídky. 7

9 3.4 Remove Volbou tohoto příkazu se odstraní vybraná položka stromu v aktivním (vybraném) organizátoru. Kořenovou položku však odstranit nelze. Příkaz Remove je v kontextové nabídce, dále položkou v hlavní nabídce programu pod položkou Measurement nebo Instrument. Jinou možností zrušit vybranou položku stromu je kliknutí na tlačítko na nástrojovém pruhu. 4 Measurement Organiser Formulář Measurement Organiser se otvírá a uzavírá tlačítkem z nástrojového pruhu a nebo volbou Measurement Organiser v nabídce Organiser hlavní nabídky programu. Organizátor měření se otvírá a zavírá se zachováním obsahu stromu. Organizátor měření má téměř stejné vlastnosti jako organizátor přístrojů. Položky organizátoru měření jsou uspořádány do stromu. Kořenová položka má označení Measurement Organiser. O jednu úroveň níže je měření (Measurement), které je složeno z několika signálů (Signal) na poslední třetí úrovni. V jednom stromu může být libovolný počet měření a v jednom měření libovolný počet signálů. Položky stromu lze rozbalovat nebo svinovat (Expand All nebo Collapse). Jméno měření ve stromu organizátoru měření je odvozeno ze jména souboru dat (File Name) bez přípony nebo je uměle generováno. Toto jméno je titulkem položky stromu, které lze změnit. Po aktivaci okna organizátoru měření se hlavní nabídka programu rozšíří o položku Measurement. Tato položka se rozvine do nabídky: Expand All, Collapse, Edit Label, Insert, Remove, Properties, Document, Show, Play a Copy. Kontextová nabídka u každé položky stromu je shodná s hlavní nabídkou programu. Volba Remove vymaže položku stromu. Jiným způsobem lze vymazat položku stromu stiskem tlačítka na nástrojovém pruhu. Volba Document zobrazí ve zvláštním okně popis měření nebo signálu. Volby Insert, Properties, Show, Play a Copy se vztahují k vybrané položce stromu v organizátoru měření. Jinou možností výběru příkazu k nějaké akci programu je kontextová nabídka. Kontextová nabídka obsahuje shodné položky jako hlavní nabídka programu. Hodnoty signálu Data jsou do projektu uložena se shodnou přesností, s jakou jsou změřena. Vždy se před vstupem do zpracování zvoleným přístrojem přepočítávají na údaje v zadaných fyzikálních jednotkách Value. Přepočet hodnot Data na Value je podle vzorce Value = Gain * (Data - Zero) kde parametry Gain a Zero spolu s dalšími parametry jsou zadány ve formuláři Properties, pro měřící organizátor. Signály z jednoho měření se mohou lišit svou vzorkovací frekvencí, což je rozlišeno barvou jejich ikony, jak je blíže popsáno u položek vkládaných do jednoho měření. 4.1 Položky vkládané do jednoho měření Signály jednoho měření se mohou lišit svou vzorkovací frekvencí a původem při měření (vzorkování pevnou vzorkovací frekvencí nebo jako výsledek převzorkování). Při načtení nového měření mají všechny signály shodnou vzorkovací frekvenci, obvykle v Hz nebo v rev (po převzorkování cizím programem). Vzorkovací frekvence (Sampling Frequency) je uvedena ve vlastnostech (Properties) hierarchických položek měření a signálů uspořádaných do stromu měřícího organizátoru. Na položku stromu měření jsou připojeny také signály, které mají charakter mezivýpočtů nebo výsledků výpočtu a jsou s buď stejnou nebo s odlišnou vzorkovací frekvencí od měřených signálů, ze kterých tyto nově připojené signály byly vypočteny. Údaj o vzorkovací frekvenci v ve vlastnostech 8

10 položky měření se vztahuje jen k měřeným signálům. Nově připojené signály mají své vlastní vzorkovací frekvence. Původ signálu a jeho vzorkovací frekvence se rozlišují barvou ikony. Obsah těchto signálů bude popsán u příslušných přístrojů. Všechny signály z jednoho měření lze připojovat k přístrojům nebo prohlížet. Měřený signál vzorkovaný s konstantní vzorkovací frekvencí (Hz) nebo vypočtený signál v případě, kdy je zachována stejná vzorkovací frekvence se vstupním signálem přístroje. Jedná se o výstup přístrojů Time, Test Unit, FIR Filters nebo Vold-Kalman. Výstup přístroje Tachometer v případě, kdy se jedná o interpolovaný časový průběh otáček. Indikace, že s měřeným signálem je asociován další signál. Oba signály umožňují nakreslit orbit například pro hodnocení pohybu bodu v rovině. Tuto asociaci lze zrušit kliknutím na položku Clear Orbit v kontextovém menu. Asociace zůstane zachována jen po připojení k přístroji Time, FFT a Autospectrum. Výsledek výpočtu přístrojem Tachometer, který obsahuje tabulku s okamžiky překročení impulsního signálu zadanou úrovní. Tato tabulka má dva sloupce. Sloupec označený X představuje pořadí průchodu impulsního signálu trigrovací hladinou a druhý sloupec odpovídající pořadí vzorku. Zlomková část tohoto pořadí je lineárně interpolovaný okamžik průchodu trigrovací úrovní. Signál, který je výsledkem výpočtu přístroje Resampling. Jeho vzorkovací frekvence není v Hz, ale v počtu vzorků za jednu otáčku. Některé vstupní signály, které jsou vkládány jako textová data (ASCII Data ze schránky nebo textového souboru) nebo prostřednictvím schránky z analyzátoru PULSE (PULSE Time History), mohou být označeny jako výsledek převzorkování. Indikace, že s převzorkovaným nebo průměrovaným signálem je asociován další signál. Oba signály umožňují nakreslit orbit například pro hodnocení pohybu bodu v rovině. Tuto asociaci lze zrušit kliknutím na položku Clear Orbit v kontextovém menu. Asociace zůstane zachována jen po připojení k přístroji Time, FFT a Autospectrum. Signál, který je výsledkem výpočtu přístroje Autospectrum. Jeho vzorkovací frekvence se vztahuje na signál, ze kterého byl tento signál vypočten. Signál je ve skutečnosti úplné (tj. dvoustranné) spektrum, přičemž jeho složky jsou přirozeným logaritmem hodnot RMS autospektra. Tento signál je vstupem pro výpočet inverzní Fourierovy transformace, která představuje reálné cepstrum. Funkce frekvence, která je výsledkem výpočtu v přístrojích Autospektrum, Cross-spectrum a FRF, které jsou založeny na přímé FFT. Tažením (Drag) ikony signálu lze vybraný signál kopírovat do jiného měření tím způsobem, že se jeho ikona upustí (Drop) nad vybraným měřením (položka ve stromu složená z ikony a příslušného názvu). Tímto způsobem lze shromáždit do jednoho měření signály, které jsou vkládány postupně například prostřednictvím schránky. Příklad přetažení Signálu B z měření s názvem Generátor 1 do měření s názvem Generátor je znázorněno vlevo. Výsledkem přetažení je připojení Signálu B z měření Generátor 1 k měření Generátor. Do libovolného signálu lze vložit odkaz na jiný signál tak, aby bylo možné nakreslit orbit. Původní signál představuje souřadnici ve vodorovném směru a vložený odkaz souřadnici ve svislém směru. Připojení odkazu lze uskutečnit jen tažením a upuštěním Drag and Drop) ikony signálu za podmínky, že cílový signál má shodný počet vzorků a vzorkovací frekvenci jako přetahovaný signál. Příklad přeměny Signálu A na signál obsahující odkaz na jiný signál pro možnost vykreslení orbitu je znázorněn na pravém obrázku. Tažený signál B ve významu svislé souřadnice se připojí k signálu A ve významu vodorovné souřadnice orbitu. Po vložení odkazu změní signál výplň své ikony. Jak již bylo uvedeno, vložení odkazu lze zrušit kliknutím na položku Clear Orbit v kontextovém menu signálu. 9

11 4.2 Insert Measurement Jestliže je vybrána kořenová položka stromu organizátoru měření, pak se zpřístupní volba vložit (Insert). Podřízená nabídka (submenu) této položky obsahuje seznam možných zdrojů dat, které lze vložit do organizátoru měření. Po výběru kořenové položky stromu lze vložit měření se skupinou signálů. Aktuální seznam typů zdrojů je následující: Zdroj Popis Binary Data Arranged in Columns Binární 16bitová data uložená po sloupcích Bimary data from Buf-Files ScopeWin Bimary data W-Files ASCII Data from Clipboard ASCII Data from Text File Waveform File Waveform Audio Input Device Multifunction I/O Device Binární data z BUF-souborů Binární data, které jsou výsledkem výpočtu programu ScopeWin s příponou.w nebo.m ASCII data ze schránky (Clipboard) ASCII data z textového souboru (Text File) Wave soubor s daty ze zvukové karty Přímý záznam dat ze zvukové karty Multifunkční karta s analogovými vstupy BK 2032 Time Binární data ze signálového analyzátoru BK 2032 nebo 2034 BK 3550 Time History Binární data z analyzátoru BK

12 PULSE Time History FIR Filter Design Quadrature Mirror Filter for DWT Flicker Noise Generation Signal Generator Textová data z analyzátoru LabShop PULSE Návrh číslicových filtrů typu FIR Výpočet koeficientů FIR filtru pro diskrétní waveletovou transformaci Generování šumu s obecným tvarem spektra (není výstupem lineárního filtru prvního řádu) Generátor signálu (harmonický modulovaný signál nebo náhodný šum) 4.3 Binary Data arranged in Columns Touto volbou se vkládají data, která byla do paměti počítače uložena programem INMES (DAS16). V souboru s příponou CFG jsou uloženy informace o počtu kanálů a vzorků, vzorkovací frekvenci, názvu, jednotkách a komentář. Samotná naměřená data jsou v binárních souborech s příponou DAT. Při volbě tohoto typu vstupních dat je nejprve otevřen soubor s příponou CFG a pak soubor s příponou DAT, který musí být uložen ve stejném adresáři. Čtení dat tohoto typu otvírá přístup k měřením, které byly uskutečněny v minulosti. Výchozí data v tomto typu souboru jsou uspořádána po skupinách vzorků z jednoho kanálu lineárně za sebou. Každý vzorek je složen ze dvou bajtů. 4.4 Binary Data from Buf-files Vstupní soubor pro tento program byl zaznamenán programem obsluhujícím speciální multifunkční měřící kartu. Kromě měřených dat obsahuje také hlavičku se vzorkovací frekvencí a další údaje. Soubor tohoto typu však obsahuje jen jeden signál. Výchozí data v tomto typu souboru jsou uspořádána po skupinách vzorků z jednoho kanálu lineárně za sebou. Každý vzorek je složen ze dvou bajtů. Na začátku souboru je hlavička obsahující doplňkové informace, například o vzorkovací frekvenci. 4.5 ScopeWin Binary Data W-files Vstupní soubor pro tento program byl zaznamenán programem ScopeWin. Jsou to binární data s několika signály. Tento soubor má příponu.w nebo.m. 4.6 ASCII data ze schránky nebo z textového souboru Zdrojem těchto dat může být do schránky (Clipboard) vybraný úsek listu sešitu programu Excel nebo textový soubor (Text File) s daty uspořádanými do tabulky, ve které řádky rozlišují okamžik záznamu vzorku a jednotlivé kanály měření jsou odlišeny sloupci. U textového souboru (Text File) se předpokládá přípona TXT nebo ASC a nebo UFF. Soubory s příponou UFF představují mezinárodní standard Test Universal File, který byl zaveden pro I-Deas, avšak je běžně používán také dalšími programy. Jako vstupní časová data lze použít Universal Dataset Number: 58 a to jen tabulku Function Type pro Time Response. Automatické dekódování dat z textového souboru lze použít jen v případě, že lze zadat počet řádků hlavičky, které se při čtení souboru přeskočí. Dále lze u tohoto způsobu vstupu dat zmenšit počet sloupců. Další údaje jako je vzorkovací frekvence, počet vzorků a podobně je třeba ručně změnit v Properties měření. Automatické dekódování dat ze schránky může načíst také jména signálů, která jsou situována v excelovské tabulce nad sloupce se vzorky signálu. Jestliže první sloupec obsahuje údaj o stupeni otočení s hlavičkou Revolution, pak jsou data automaticky pokládána že jsou získány převzorkováním, což znamená, že je použita příslušná ikona. Jinou možností je ruční vymezení oblasti vstupních dat spolu s automatickým načtením doplňkových údajů. Data jsou vložena do mřížky ve zvláštním formuláři a pro pokračování ve čtení je třeba určit první (First) a poslední sloupec (Last) ve sloupci Column a první řádek (First) ve sloupci (Row). Dalšími nezbytnými údaji pro vytvoření nového měření v organizátoru měření je zadání souřadnic (Row a Column) s počtem řádků pro čtení (Count), dále souřadnic buňky se vzorkovací frekvencí 11

13 (Freq) a názvem měření (Name). Souřadnice vybrané buňky (zvýrazněné orámování) se přepíši do zadávacích polí po stisku příslušného tlačítka v pevním sloupci tlačítek. Chybějící údaje v mřížce lze také do textového pole přímo vepsat bez udání souřadnic. Výhodou zadání souřadnic je to, že při opakovaném otevření okna se zachovávají. Tlačítkem Clear lze souřadnice buněk hromadně vymazat. Tlačítko Edit otevírá vybranou buňku pro změnu obsahu. Místo použití tlačítka lze buňku otevřít pro editaci dvojitým poklepáním na příslušnou buňku. Volba Resampled a Rev/Rec určuje popis vodorovné osy grafu (Time nebo Revolution). Pro Resampled je popis Time nahrazen Revolution a popis Frequency popisem Order. Signálu se přiřadí ikona se žlutým vybarvením. Počet řádků je ohraničen z důvodu omezeného rozsahu paměti počítače. V hlavní nabídce programu, položka File-Options, je na záložce Flex Grid uveden maximální počet řádků. Přednastavená hodnota odpovídá počtu řádků tabulky v aplikaci Excel. Jestliže se objeví chybové hlášení o nepřípustném počtu sloupců, pak je třeba tuto hodnotu maximálního možného počtu řádků snížit tak, aby pro potřebný počet sloupců postačovala. Při vkládání dat ze schránky, která je naplněna obsahem buněk z listu programu Excel, je přesnost čísel na tolik desetinných míst, kolik je znázorněno v buňkách tabulky programu Excel, protože se kopírují textová data. Před přenosem je třeba upravit formát čísel v buňkách tabulky programu Excel tak, aby obsahoval co nejvíce platných cifer. 4.7 Waveform File Zvuková data (soubory s příponou WAV ve formátu WAVE_FORMAT_PCM) jsou dekódována zcela automaticky včetně údajů o počtu vzorků, počtu kanálů (mono a stereo) a vzorkovací frekvenci. Před vložením dat do organizátoru měření je otevřen formulář, jehož obsah byl odvozen z formuláře Waveform-Audio Input Device. Zvukový soubor lze vybrat stiskem tlačítka Open. Časový průběh záznamu je automaticky zobrazen v grafu, ze kterého lze vodorovnými posuvníky vybrat úsek, který je pak po stisku tlačítka Insert zaznamenán jako položka měření s příslušným počtem signálů do stromu organizátoru měření. Otevřený zvukový soubor lze také přehrát, přičemž hlasitost lze upravit otevřením příslušného standardního formuláře Windows po stisku tlačítka Setting. 4.8 Waveform-Audio Input Device Data jsou zaznamenána ze zvukové karty do paměti počítače bez pomocného záznamu do souboru typu Wave. Jestliže počítač je vybaven větším počtem zvukových karet, pak jednu z nich je třeba vybrat v nabídce Wave Input Devices. Před měřením je možné navolit vzorkovací frekvenci 8000, 11025, 12000, 16000, 22050, 24000, 32000, a Hz v nabídce Freq in Hz, počet bitů jednoho vzorku na 8 nebo 16bitový záznam (Bits per Smpl) a jedno nebo dvoukanálové měření (Mono nebo Stereo v nabídce Channels). Záznam a případné přehrávání se ovládá tlačítky prvku Multimedia Control (MMControl), které se zpřístupní stiskem tlačítka Open. První tlačítko (trojúhelníček) spouští přehrávání záznamu, druhé tlačítko (dvě svisle čárky) přehrávání nebo nahrávání pozastavuje, třetí tlačítko (čtvereček) zastavuje nahrávání a čtvrté tlačítko (kruh) spouští záznam. Přerušení záznamu lze po 0,5 sekundových intervalech. Záznam signálu se spustí kliknutím na poslední tlačítko prvku Multimedia Control. Délka záznamu je zobrazována vedle ovládacího prvku. Po ukončení záznamu (stisk třetího tlačítka prvku MMControl) se formulář rozšíří o graf, jehož rozsah odpovídá rozsahu zaznamenaných dat v hodnotách a v čase. Maximální a minimální hodnota odpovídá elektrickému rozsahu vstupu zvukové karty. Osmibitový záznam obsahuje celá čísla od 128 do bitový záznam zase celá čísla od do Při přehrávání záznamu (stisk prvního tlačítka prvku MMControl) lze pomocí dvou posuvníků opakovaně vybrat pro toto přehrání, resp. uložení do paměti, různé úseky záznamu. Stiskem tlačítka Insert se měření připojí ke stromu v organizátoru měření. 12

14 Resetování (stisk tlačítka Reset) měření zavře část okna s grafy, což umožňuje opakovaný záznam signálu na vstupu zvukové karty. Tlačítko Setting slouží k otevření okna pro nastavení rozsahu vstupního signálu pro zvukovou kartu, resp. hlasitosti pro přehrávání. Zavření formuláře odpovídá resetování. 4.9 Multifunction I/O Device Data jsou přímo měřena a převodníkem převáděna na vzorkované záznamy. Nyní je k dispozici napojení na multifunkční kartu National Instruments USB-6009 (cena asi 6 tisíc Kč). Je zajišťováno zvláštním programem (komponentou) MyIODevice, která musí být nainstalována zvlášť včetně podpůrného software NI (MAX). Napojení pro ostatní měřicí karty rozpracovává Ing. David Fojtík, PhD BK 2032 Time a BK 3550 Time History Data ze signálového analyzátoru BK 2034 nebo 2032 ve formátu Actualy Binary Function s příponou ABF. Prvých 6 bajtů je v souboru přeskočeno a pokračuje se dekódováním bitových hodnot. Z analyzátoru BK 3550 jsou data v binární formě PULSE Time History from Clipboard Data ze signálového analyzátoru LabShop PULSE v textovém formátu přenášena přes schránku. Data se nahrají do schránky příkazem Copy v kontextové nabídce u jednotlivých funkcí funkčního organizátoru. Kromě záznamů s funkce Time nebo Enhanced Time o pevné délce lze využít přístroj Time Capture a následně Decompressed Time pro přenesení libovolného záznamu z analyzátoru LabShopPULSE FIR Filter Design Jako vstupní data mohou být do měřicího organizátoru vloženy impulsní odezvy FIR filtru, jehož vlastnosti lze ve formuláři FIR Filter Design zadat. Koeficienty FIR filtru se vypočítají po kliknutí na tlačítko Apply. Na diagramu, který je součástí formuláře se zobrazí také frekvenční charakteristika v rozsahu relativních frekvencí od nuly do poloviny vzorkovací frekvence (v diagramu rovno jednotce). Obsah diagramu se vymaže kliknutím na tlačítko Clear. Kliknutím na tlačítko Insert je poslední výpočet koeficientů filtru vložen mezi data měřicího organizátoru a společně s ostatními daty případně uchován jako součást projektu. Implementovaná pomůcka umožňuje navrhnout číslicový filtr jako dolní, horní a pásmovou propust, dále diferenciátor (derivační článek) jako dolní propust a tzv. Hilbert Transformer. Omezení působení derivace na nízké frekvence dovoluje vyloučit derivaci šumové složky signálu, která na vyšších frekvencích překryje užitečný signál. Hilbert Transformer realizuje Hilberovou transformaci společně s filtrem typu dolní propust. Parametry filtru definující frekvenci se zadávají jako relativní číslo mezi 0 a 1 (Nyquistova frekvence). Útlumy nebo zvlnění se zadávají v db. Při použití diferenciátoru je třeba kontrolovat jeho zesílení. Pro vypočtené koeficienty filtru neplatí, že pro úhlovou frekvenci 1 rad/s je zesílení filtru jednotkové. Výstup diferenciátoru je třeba korigovat zesílením (Gain). Velikost korekce lze zjistit kontrolou frekvenční charakteristiky (FIR Filter FRF). Cutoff frequency frekvence zlomu frekvenční charakteristiky. Filter length (odd) řád filtru, jen liché číslo. Počet koeficientů filtru je o jednotku větší. Filter Type lze zvolit následující typy filtru Ideal Lowpass/Highpass FIR filter Ideal Lowpass differentiator FIR filter Ideal Lowpass Hilbert transformer FIR filter Ideal Bandpass FIR filter Lowpass/Highpass FIR filter design using Kaiser window Highpass FIR filter design using Kaiser window Lowpass FIR differentiator design using Kaiser window Lowpass FIR Hilbert trasformer design using Kaiser window 13

15 Bandpass FIR filter design using Kaiser window Low dolní propust. High horní propust. Lowpass frequency dolní propustná frekvence. Highpass frequency horní propustná frekvence. Passband frequency frekvence začátku nebo konce propustného pásma. Stopband frequency frekvence začátku nebo konce nepropustného pásma. A pass zvlnění (ripple) filtru v propustném pásmu. A stop zvlnění (ripple) filtru v nepropustném pásmu, tj. útlum filtru. Transition width šířka přechodového pásma, tj. rozdíl mezi Passband a Stopband Frequency Qudrature Mirror Filter for DWT Jako vstupní data mohou být do měřicího organizátoru vloženy impulsní odezvy FIR filtru, které představují impulsní odezvy dolnopropustného a hornopropustného filtru pro diskrétní waveletovou transformaci. K dispozici jsou filtry pro rozklad s následujícími typy waveletů haar (Haar wavelet, totožný s db1) db (Daubechies wavelets) řádu 1 až 10 sym (near symmetric wavelets) řádu 2 až 8 coif (Coiflets wavelets) řádu 1 až 5 dmey (Discrete Meyer wavelet) Stiskem tlačítka Insert se do měřicího organizátoru vloží koeficienty dvou FIR filtrů (QMF Quadrature Mirror Filters), z nichž první je dolnopropustný filtr pro Lp_D (low pass) a druhý je hornopropustný filtr Hp_D (High pass), přičemž oba filtry jsou pro dekompozici signálu. Označení QMF označuje filtry se symetrickou frekvenční odezvou kolem půlky Nyquistovy frekvence. Koeficienty obou filtrů lze připojit k přístroji FIR Filters pro výpočet diskrétní waveletové transformace (ekvivalent funkce dwt ve waveletovém toolboxu Matlabu. Impulsní odezvy těchto filtrů mohou být doplněny impulsními odezvami filtrů pro rekonstrukci původního signálu volbou Add reconstruction filter Flicker Noise Generation Tímto generátorem lze vygenerovat zadaný počet vzorků Sample Count signálu se zadanou vzorkovací frekvencí Sample Frequency stejně jako ze zdroje Signal Generátor. Oproti tomuto v příští kapitole popsanému zdroji je zdroj Flicker Noise Generation variabilnější ve vlastnostech generovaného signálu. Základním typem náhodných signálu je bílý šum. Tento signál je generován funkcí programového jazyka Visual Basic. Voláním této funkce se získají náhodná čísla rovnoměrně rozložená na intervalu od nuly do jedné se střední hodnotou 0,5 a rozptylem (kvadrát směrodatné odchylky), který je roven jedné dvanáctině. Normální rozložení se získá sečtením dvanácti takto vygenerovaných čísel s rozsahem od nuly do dvanácti, střední hodnotou šest a rozptylem jedna. Odečtením šestky se tato náhodná čísla centrují na nulovou střední hodnotu. Generování náhodných čísel určuje konstanta Random Seed. Jestliže tato konstanta zůstane beze změny, pak je opakovaně generován shodný náhodný signál. Výkonová spektrální hustota bílého šumu je rovna konstantě PSD WN () f = const Integrací bílého šumu se získá náhodný signál, který má označení náhodná procházka (Random Walk) se spektrální výkonovou hustotou () f = const ω = const ( 2π f ) const1 f PSD RW = Tato výkonová spektrální hustota je dána součinem kvadrátu frekvenčního přenosu (pro integrátor je frekvenční přenos 1/jω) a výkonové spektrální hustoty výchozího signálu. Exponent frekvence ve 14

16 jmenovateli výkonové spektrální hustoty po integraci má obecné označení α (Alpha). Pro náhodnou procházku je Alpha = 2. Signál typu náhodná procházka je generován při volbě Alpha = 2, Random Walk. Tento signál patří do skupiny signálů 1 over f. Bílý šum je obvykle tvarován filtrem s následující přenosovou funkcí G ( jω) T = G0 T jωt 1+ jωt 2 1 kde Go je zesílení (zisk) pro vysoké frekvence a T1 a T2 jsou časové konstanty, místo kterých je výhodnější používat frekvence zlomu (Cut-Off Frequency) F1 a F2 v Hz. Číslicový filtr, který realizuje přenos G(jω), lze aproximovat diferenční rovnicí ( a0x + a1x 1) + b0y 1 y k = k0 k k k kde xk = π F2 F S x = F1 0 π F S ( 1+ x ) ( x0 ) ( 1 x ) ( x0 ) ( 1 x ) ( x ) a k + 0 = 1 a k + 1 = 1 b + 1 = db 0 20 db / dec Go F1 F2 Log f Vztah mezi oběmi frekvencemi obou zlomů frekvenční charakteristiky filtru určuje také vztah mezi amplitudami nízkofrekvenčních a vysokofrekvenčních složek náhodného signálu. Základní sklon frekvenční charakteristiky je 20 db na dekádu. Sériovým spojením většího počtu shodných filtrů lze vytvořit spektra s násobkem tohoto sklonu. Počet filtrů v sérii určuje položka Number of Filters. Signál tohoto typu je generován při volbě Alpha = 0, Filtered White Noise. Sklon (Roll-Off) frekvenční charakteristiky je u lineární soustavy 20 db na dekádu změny frekvence, což se projeví také na výkonové spektrální hustotě náhodného signálu, jehož frekvenčním spektrum je tvarováno výše popsaným filtrem. V přírodě a různých technických zařízeních lze však naměřit spektra náhodných signálů, tzv. Flicker Noise, se sklonem, který se od uvedeného sklonu liší. Parametr Alpha je obecná hodnota z intervalu od 0 do 2. Je zřejmé, že jedním lineárním filtrem prvního řádu nelze takový signál vygenerovat. Řešení lze však nalézt v aproximaci frekvenčního přenosu sériovým spojením elementárních filtrů výše popsaného typu. Logaritmická frekvenční charakteristika má následující tvar 20logG ( jω ) = L 1+ jωt2i 20log i = 1 1+ jωt1i Frekvence zlomů je třeba odstupňovat tak, aby na logaritmické ose frekvence byly rozmístěny ve stejných vzdálenostech. Příklad snížení sklonu frekvenční charakteristiky mezi frekvencemi zlomů je na následujícím diagramu 15

17 db 0 F11 F21 F12 F22 Log f 20 db / dec x Sklon frekvenční charakteristiky se v celkové tendenci snížil a je menší než zmíněných 20 db na dekádu, avšak v daném příkladu došlo k značnému zvlnění frekvenční charakteristiky v oblasti poklesu amplitudy složek spektra. Aby se sestupná část frekvenční charakteristiky blížila přímce, je třeba zvolit aspoň dva elementární filtry prvního řádu na ka6dou dekádu. Celkový počet filtrů se zadává v položce Number of Filters. Signál posledního popsaného typu je generován při volbě 0 < Alpha < 2, ke které je připojeno zadání velikosti parametru Alpha. Závislost výkonové spektrální hustoty na frekvenci lze kontrolovat pomocí grafu na formuláři Flicker Noise Generation. K vložení nového grafu dojde po kliknutí na tlačítko Apply. Všechny grafy se vymažou po kliknutí na tlačítko Clear. Svislou stupnici grafu lze měnit po skocích 20 db. Signál odpovídající znázorněné výkonové spektrální hustotě lze vložit do měřícího organizátoru kliknutím na tlačítko Insert. Popsaný generátor náhodných signálů dovoluje vygenerovat také signály se složitějším průběhem závislosti výkonové spektrální hustoty na frekvenci. Na formuláři je tlačítko More. Po kliknutí na toto tlačítko se změní jeho popis na Less a zároveň se plocha formuláře zvětší, přičemž se odkryjí další tlačítka, které umožňují zřetězit libovolný počet základních filtrů, které jsou zadány parametry v horní části formuláře. Seznam v dolní odkryté části formuláře se rozšiřuje kliknutím na tlačítko Add. Rušit jednotlivé filtry ze seznamu lze po jejich výběru a kliknutí na tlačítko Delete. Frekvenční charakteristika všech filtrů v sérii se vykreslí po kliknutí na tlačítko Apply a plocha grafu spolu se seznamem se vymaže po kliknutí na tlačítko Clear v dolní odkryté části formuláře. Náhodný signál odpovídající vykreslené závislosti výkonové spektrální hustoty na frekvenci se vloží do měřicího organizátoru po kliknutí na tlačítko Insert. Spodní odkrytá část formuláře se zakryje kliknutím na tlačítko s nadpisem Less Signal Generator Pro účely demonstrace zpracování signálů jsou data generována výpočtem ve dvojité přesnosti. Zadání je rozvrženo do dvou formulářů. V prvním formuláři je zadáno jméno, poznámka, počet vzorků a vzorkovací frekvence. Druhý formulář se liší podle typu signálu. Kliknutím na tlačítko Manual se otevře shodný formulář jako při čtení ASCII dat z textového souboru nebo z textových dat uložených ve schránce. Tabulka je naplněna nulami nebo zadanou konstantou o zadaném počtu. Ručním přepisem buněk se upraví jednotlivé hodnoty vzorků. Tento postup je vhodný pro případ, kdy se zadává malý počet nenulových dat. Například impulsní signál s několika nenulovými vzorky. Druhý způsob spočívá ve výpočtu předem zvolených funkcí. Příslušný formulář se otevře kliknutím na tlačítko Default a je znázorněn v předcházející tabulce vpravo. V otevřeném formuláři je zadáván způsob generování dat. Jestliže je navoleno více způsobů výpočtu signálu, pak výsledný signál je dán součtem jednotlivých položek. Generovat lze modulovaný harmonický signál, obdélníkový signál, rozmítaný signál a náhodný šum. Generátor vytváří dva harmonické signály, které mohou být modulovány amplitudově a fázově. Oba nosné harmonické signály (Sine1 a Sine2) jsou definovány amplitudou (Amplitude), frekvenci (Frequence) a počáteční fázi (Phase) ve stupních (Deg). Pro amplitudové modulační signály (AM 1 pro Sine1 a AM 2 pro Sine2) se zadává hloubka modulace (Index) a počáteční fáze (Phase) ve stupních. Pro fázové modulační signály (PM 1 pro Sine1 a PM 2 pro Sine2)se zadává index modulace (Index) a počáteční fáze (Phase) ve stupních. Index fázové modulace (obvyklé značení β) je amplituda modulační harmonické funkce v argumentu nosné harmonické funkce, ( 2πFreq t + Index * sin( πfreq t + Phase ) Phase) xt = Amplit * sin C 2 PM PM + 16

18 Bez modulace lze přidat další dva harmonické signály (Sine3 a Sine4). Obdélníkový signál je tvořen střídáním série vzorků o velikosti Amplitude a série o velikosti nula. Frekvence skupin složených z obou sérií je zadávána jako Frequency v Hz. Označení Duty u obdélníkového signálu představuje procentuální poměr počtu hodnot Amplitude vzhledem k celkovému počtu vzorků signálu. Pro analýzu lineárního nárůstu frekvence harmonického signálu lze zvolit signál Sweep Sine. U tohoto signálu je zadávána amplituda (Amplitude), počáteční frekvence Freq0 (From) a nárůst frekvence dfreq (Hz/sec) za jednu sekundu ( 2 π( Freq0 dfreq * t ) t ) x t = Amplit * sin + 2 Náhodný signál s normálním rozložením a efektivní hodnotě (RMS) je generován při volbě Noise. Jestliže je Cut-Off frekvence zlomu filtru prvního řádu zvolena větší než je polovina vzorkovací frekvence (Nyquistova frekvence), pak je generován bílý šum o zadané efektivní hodnotě. V případě, že Cut-Off frekvence zlomu filtru prvního řádu je zvolena nenulová a menší než polovina vzorkovací frekvence, pak je generován růžový šum. Nulová hodnota Cut-Off frekvence vyvolá generování signálu typu náhodná procházka (random walk). Veličina pro řízení generátoru náhodných čísel (Seed), odpovídá parametru funkce Rnd ve Visual Basicu ve významu Seed (musí být záporné číslo) Properties pro Measurement Organiser Formulář Measurement Organiser se otvírá a uzavírá tlačítkem z nástrojového pruhu a nebo volbou Measurement Organiser v nabídce Organiser hlavní nabídky programu. Organizátor měření se otvírá a zavírá se zachováním obsahu stromu. Vlastnosti měření nebo signálu jsou dostupná ve formuláři Properties. Tento formulář lze otevřít třemi způsoby, a to volbou položky Properties v kontextové nabídce nebo v hlavním nabídce programu po rozbalení položky Measurement a nebo stiskem tlačítka na nástrojovém pruhu. Obsah jednou otevřeného formuláře Properties se aktualizuje při změně položky stromu organizátoru měření. Ve formuláři Properties, příslušnému k vybranému měření, lze na záložce Measurement aktualizovat jméno měření Name (není zatím této v aplikaci využito, protože titulek této položky se odvozuje od jména souboru) a vzorkovací frekvenci Sampling Frequency jednotně pro všechny signály. Na záložce Measurement lze ovládat vstupem Volume hlasitost přehrávaného signálu. Na záložku Note for Measurement lze připojit poznámku k danému měření. Obsah této poznámky se doplňuje v případě některých dat automaticky při načtení měření. Ve formuláři Properties, příslušném k vybranému signálu, lze aktualizovat na záložce Signal kromě vzorkovací frekvence také parametry Gain, Zero a Offset a jednotky signálu (Unit). Záložka Note for Signal obsahuje poznámku k vybranému signálu. Na záložce Statistics jsou základní statistické charakteristiky signálu maximum, minimum, střední hodnota (Mean Value) a směrodatná odchylka (Variance). Parametry Zero a Gain jsou využity k přepočtu originálních vstupních dat podle vzorce, který je uveden v popisu organizátoru měření. Velikost hodnot signálu je dána až po vynásobení změny odchylky měřené hodnoty Data od Zero hodnotou Gain.Veličina Zero respektuje obvykle celočíselné hodnoty A/D převodníku. Veličina Offset je použita při vykreslování několika křivek do jednoho grafu. Tato veličina se zadává ve stejných fyzikálních jednotkách jako má měřený signál po přepočtu. Na záložce Key je uveden klíč měření nebo signálu. Tuto položku lze vybrat a kopírovat Kontextová nabídka v Measurement Organiser Kontextová nabídka pro jednotlivé položky stromu odpovídá podnabídkám položky Measurement z hlavní nabídky programu. Přístupnost některých položek kontextové nabídky závisí na tom, zda je zvolena kořenová položka stromu nebo její položky nižších úrovní. Nabídka pro jednotlivé signály měření ukazuje následující obrázek. 17

19 4.18 Clear Orbit Tato položka je přístupná, jestliže s vybraným signálem je asociován další signál pro kreslení orbitu. Kliknutím na tuto položku nabídky se asociace zruší Show Příkaz Show je dostupný ve stromu organizátoru měření pro úroveň měření a jednotlivých signálů. Na úrovni jednotlivých signálů se vykreslí jeden signál do jednoho okna, a to jak naměřený nebo tak vypočtený. Pro úroveň měření se vykreslí všechny signály tohoto měření se shodným časovým měřítkem jako má první signál do jednoho grafu, tj. také do jednoho okna. Protože se k signálům měřeným s konstantní vzorkovací frekvencí přiřazuji signály převzorkované, je třeba při vykreslování vybírat. Vykreslený časový průběh má označení Time History. Vykreslování lze spustit třemi způsoby podobně jako otevření okna Properties. První způsob je volba položky/příkazu Show v kontextové nabídce nebo v hlavním nabídce programu po rozbalení položky Measurement a nebo stiskem tlačítka na nástrojovém pruhu. Počet hodnot grafu je limitován na Delší záznamy je proto třeba buď decimovat nebo rozdělit na více úseků, které se kreslí přes sebe. Na způsob vykreslení je uživatel v případě většího počtu vzorků signálu než 3999 dotázán. Při kreslení grafů přes sebe lze souřadnici Y od úseků grafu vzájemně posunout zadáním vhodné hodnoty Offset na první záložce formuláře Properties měřicího organizátoru (třetí úroveň stromu v organizátoru měření). 18

20 Jednotnou barvu a tloušťku křivek lze nastavit volbou View Color Scale, která je popsána ve zvláštní kapitole. Jestliže je vykreslováno celé měření (volba Show pro položku z druhé úrovně grafu), pak ke vzájemnému posunu grafů lze také rovněž použít zadání vhodné hodnoty do pole Offset. Posun je násoben pořadím úseku grafu. Tím se dosáhne tzv. proužkového tvaru grafu (strips). Skupinu signálů z jednoho měření s větším počtem vzorků než 3999 nelze vykreslit (jednotlivé signály je třeba vykreslovat postupně). Editování grafu v prostředí aplikace Microsoft Graph lze po dvojitém kliknutí myší na ploše grafu nebo volbou jedné ze dvou položek kontextové nabídky (Upravit, Otevřít) po kliknutí na pravé tlačítko myši na ploše grafu a nebo výběrem položky Edit Edit Graph v hlavní nabídce programu Signal Analyser. Prostředí pro úpravy v aplikaci Microsoft Graph je téměř shodné s prostředím pro úpravy grafu nakresleného v aplikaci Excel. Graf a jeho tabulku hodnot (Data pro graf) lze prostřednictvím schránky (Clipboard) přenést do jiné aplikace Microsoft Office. K tomuto účelu slouží volba položek Vyjmout, Kopírovat, a Vložit z nabídky Úpravy v hlavní nabídce aplikace Microsoft Graph nebo známá tlačítka Copy a Paste z aplikací Microsoft Office na nástrojovém pruhu. Texty nabídek v aplikaci Microsoft Graph záleží na jeho jazykové verzi. Návrat z editování grafu je dvojitým stisknutím klávesy Esc. Také v prostředí aplikace SignalAnalyser lze přenést do schránky celý zobrazený graf z plochy aktivního formuláře. K tomuto účelu slouží volba položek Copy z nabídky Edit v hlavní nabídce programu SignalAnalyser nebo známé tlačítko z aplikací Microsoft Office na nástrojovém pruhu Zoom Kliknutí na položku kontextové nabídky Zoom otevře formulář s časovým průběhem signálu, který je vybrán. Přepínání signálů umožňuje svislý posuvník vlevo od horního grafu. Vybírat lze jen ze skupiny signálů z jednoho měření, které mají shodnou vzorkovací frekvenci a shodný počet vzorků s vybraným signálem. Formulář pro Zoom lze otevřít také po vybrání položky měření. V tomto případě obsahuje skupina přepínatelných signálů jen ty signály, které mají shodný počet vzorků a vzorkovací frekvenci jako první signál vybraného měření. Vodorovnými posuvníky lze omezit signál dobu trvání signálu a zkrácený signál lze pak vložit spolu s ostatními volitelnými signály do stromu měřicího organizátoru po kliknutí na tlačítko Insert. Výběr začátku (Begin) a konce (End) je možný posuvníkem nebo změnou obsahu textových polí. Místo konce úseku signálu se zadává jeho délka v počtu vzorků. Na spodním grafu lze po kliknutí do vybraného místa grafu kontrolovat velikostí vzorků signálu. Velikost zvoleného vzorku signálu lze upravit přepsáním obsahu textového pole kurzorových hodnot Y pod spodním grafem. Kurzor se přesouvá po kliknutí nebo tažení za současného stisknutí levého tlačítka. K posunu kurzoru lze použít vodorovné šipky. Použití šipek při stisknuté klávese Ctrl posouvá kurzor o 10 vzorků a stisknuté klávese Alt o 100 vzorků. Klávesy Home a End přesouvají kurzor na začátek nebo konec časového průběhu signálu. Omezení doby trvání signálu lze zrušit kliknutím na tlačítko Zoom Out nebo dvojitým kliknutím v oblasti pod spodním grafem, kde se změní kurzor na dvoustrannou vodorovnou šipku. Rozšíření signálu na celý rozsah svislé osy lze zajistit dvojitým kliknutím v oblasti vlevo od spodního grafu, kde kurzor změní tvar na oboustrannou svislou šipku. 19