Descripción
Una aplicación común de los analizadores de señales dinámicas es la medición de la función de respuesta de frecuencia (FRF) de los sistemas mecánicos, del inglés Frequency Response Function (FRF). Esto también se conoce como análisis de red, donde las entradas y salidas del sistema se miden simultáneamente. Con estas mediciones multicanal, el analizador puede medir cómo el sistema «cambia» las entradas.
Si el sistema es lineal, lo cual es una suposición común, entonces este «cambio» está completamente descrito por la Función de Respuesta de Frecuencia (FRF). De hecho, para un sistema lineal y estable, la respuesta del sistema a cualquier entrada puede predecirse simplemente conociendo la función de respuesta de frecuencia.
Las señales aleatorias, sinusoidales, de paso o transitorias de banda ancha se utilizan ampliamente como señales de excitación en aplicaciones de prueba y medición.
La Figura 1 ilustra que una señal de excitación x, puede aplicarse a una UUT (Unidad bajo prueba) y generar una o múltiples respuestas denotadas por y. La relación entre la entrada y la salida se conoce como función de transferencia o función de respuesta de frecuencia y está representada por H (y, x).
En general, una función de transferencia es una función compleja que describe cómo el sistema modifica la magnitud y fase de la señal de entrada en función de la frecuencia de excitación.
Con diversas excitaciones, las características del sistema UUT se miden experimentalmente. Estas características incluyen:
- Función de respuesta de frecuencia (FRF) del inglés Frequency Response Function (FRF), que se describe por:
- Ganancia en función de la frecuencia
- Fase en función de la frecuencia
- Frecuencias Resonantes
- Factores de amortiguamiento
- Distorsión armónica total
- No linealidad
La respuesta de frecuencia se mide utilizando el método espectral de potencia cruzada FFT con excitación aleatoria de banda ancha. La excitación de banda ancha puede ser una verdadera señal de ruido aleatorio con distribución gaussiana, o una señal pseudoaleatoria de la cual el usuario puede definir la distribución de amplitud.
El término banda ancha puede ser engañoso, ya que una señal de excitación aleatoria bien implementada debe estar limitada en la banda de frecuencia y controlada por el límite superior del rango de frecuencia de análisis. Es decir, la excitación no debe excitar frecuencias superiores a las que puede medir el instrumento. El generador aleatorio solo generará señales aleatorias hasta el rango de frecuencia de análisis. Esto también concentrará la energía de excitación en el rango de frecuencia útil.
La ventaja de usar la excitación aleatoria de banda ancha es que puede excitar todo el rango de frecuencia en un corto período de tiempo, por lo que el tiempo total de prueba es menor. El inconveniente de la excitación de banda ancha es que su contenido de frecuencia se extiende en un amplio rango dentro de una corta duración. La contribución de energía de la excitación en cada punto de frecuencia será mucho menor que la energía de señal total (aproximadamente, es -30 a -50dB menos que el total). Incluso con un gran número promedio para la estimación de la función de respuesta de frecuencia (FRF), la señal de banda ancha no medirá efectivamente las características dinámicas extremas de la UUT.
Las mediciones sinusoidales barridas, por otro lado, optimizan la medición en cada punto de frecuencia. Dado que la excitación es una onda sinusoidal, toda su energía se concentra en una sola frecuencia, eliminando la penalización del rango dinámico en una excitación de banda ancha. Además, si la magnitud de la respuesta de frecuencia cae, el filtro de seguimiento de la respuesta puede ayudar a captar señales sinusoidales extremadamente pequeñas. Simplemente optimizando el rango de entrada en cada frecuencia puede extender el rango dinámico de la medición a más de 150 dB.
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