Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Miernictwo wibroakustyczne
Course of study:
2019/2020
Code:
RIAK-1-405-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Acoustic Engineering
Semester:
4
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
prof. nadzw. dr hab. inż. Wszołek Tadeusz (tadeusz.wszolek@agh.edu.pl)
Module summary

Parametry mierzalne sygnałów akustycznych i drganiowych, dobór elementów toru pomiarowego i parametrów użytkowych w zakresie pomiarów widma FFT i stałoprocentowego w badaniach wibroakustycznych.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 efektywnie pracować w zespole, korzystać efektywnie z pracy innych członków zespołu, potrafi wziąć odpowiedzialność za przekazywane wyniki, rozumie potrzebę samokształcenia i podnoszenia swoich kwalifikacji. Skutecznie komunikuje się posługując fachową terminologią z zakresu wibroakustyki. IAK1A_K01 Report,
Test
Skills: he can
M_U001 jak sparametryzować mierzoną wielkość akustyczną i drganiową oraz dobrać elementy toru pomiarowego, zwłaszcza parametry mikrofonu i przetworników drgań z uwzględnieniem istniejących uwarunkowań metrologicznych oraz skalibrować tor pomiarowy. IAK1A_U11, IAK1A_U05 Report
M_U002 jak dobrać metodę i wykonać pomiar czasu pogłosu w danych uwarunkowaniach lokalowych IAK1A_U17 Report
M_U003 jak przeprowadzić pomiary widma sygnałów akustycznych i drganiowych w warunkach terenowych i w pomieszczeniach zamkniętych. IAK1A_U17 Report
M_U004 Umie przetworzyć, opracować i ocenić otrzymane wyniki pomiarów drgań i hałasu, w tym obliczyć korekcję impulsową i tonalną wraz z oceną niepewności w estymacji wskaźników hałasu IAK1A_U12, IAK1A_U17 Report
M_U005 znaczenie i sposób korzystania z aktów prawnych w zakresie pomiarów, analizy i oceny hałasu i drgań IAK1A_U16 Report
Knowledge: he knows and understands
M_W001 metrologię i metody pomiaru podstawowych wielkości akustycznych i drganiowych. IAK1A_W08 Test results,
Test
M_W002 Najnowsze techniki pomiarowe, aparaturę stosowane w pomiarach sygnałów wibroakustycznych, opracowanie wyników wraz z oceną niepewności. IAK1A_W03, IAK1A_W05 Test
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
40 14 0 26 0 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 efektywnie pracować w zespole, korzystać efektywnie z pracy innych członków zespołu, potrafi wziąć odpowiedzialność za przekazywane wyniki, rozumie potrzebę samokształcenia i podnoszenia swoich kwalifikacji. Skutecznie komunikuje się posługując fachową terminologią z zakresu wibroakustyki. + - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 jak sparametryzować mierzoną wielkość akustyczną i drganiową oraz dobrać elementy toru pomiarowego, zwłaszcza parametry mikrofonu i przetworników drgań z uwzględnieniem istniejących uwarunkowań metrologicznych oraz skalibrować tor pomiarowy. + - - - - - - - - - -
M_U002 jak dobrać metodę i wykonać pomiar czasu pogłosu w danych uwarunkowaniach lokalowych + - + - - - - - - - -
M_U003 jak przeprowadzić pomiary widma sygnałów akustycznych i drganiowych w warunkach terenowych i w pomieszczeniach zamkniętych. - - + - - - - - - - -
M_U004 Umie przetworzyć, opracować i ocenić otrzymane wyniki pomiarów drgań i hałasu, w tym obliczyć korekcję impulsową i tonalną wraz z oceną niepewności w estymacji wskaźników hałasu - - + - - - - - - - -
M_U005 znaczenie i sposób korzystania z aktów prawnych w zakresie pomiarów, analizy i oceny hałasu i drgań - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 metrologię i metody pomiaru podstawowych wielkości akustycznych i drganiowych. + - - - - - - - - - -
M_W002 Najnowsze techniki pomiarowe, aparaturę stosowane w pomiarach sygnałów wibroakustycznych, opracowanie wyników wraz z oceną niepewności. + - + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 84 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 40 h
Preparation for classes 12 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 15 h
Realization of independently performed tasks 12 h
Examination or Final test 2 h
Contact hours 3 h
Module content
Lectures (14h):
  1. Charakterystyka wibroakustycznych sygnałów pomiarowych

    Charakterystyka i podział sygnałów czasowych,charakterystyczne cechy sygnałów zmiennych w czasie i podstawowe parametry mierzalne sygnałów akustycznych i drganiowych w dziedzinie czasu i częstotliwości.

  2. Filtracja sygnałów w systemie pomiarowym. Filtry stałoprocentowe i o stałej bezwzględnej szerokości.

    Znaczenie i dobór filtrów w systemach pomiarowych. Konstrukcja i znaczenie w technice pomiarowej filtrów pasmowo przepustowych o stałej względnej i bezwględnej szerokości . Konstrukcja filtrów o szerokości 1/1 i 1/3 oktawy.

  3. Estymacja wielkości mierzalnych sygnałów akustycznych i drganiowych

    Estymacja podstawowych wskaźników hałasu (filtry korekcyjne częstotliwości A, C, Z, LIN, wskaźniki poziomów zmiennych w czasie – LEQ, SEL, LMAX, LMIN, LPEAK, LN) i wibracji (parametry przemieszczenia, prędkości i przyspieszenia drgań), metody ich pomiaru oraz wyznaczania wskaźników użytecznych w diagnostyce i ocenie drgań i hałasu.

  4. Wprowadzenie do analizy częstotliwościowej

    Analiza widmowa przy zastosowaniu FFT. Znaczenie i zastosowanie okien czasowych w analizie FFT. Zasada niepewności w doborze czasu analizy w odniesieniu do szerokości pasma.

  5. Tor pomiarowy – przetwornik, droga transmisji sygnału, akwizycja danych. Parametry i wymagania.

    Struktura toru pomiarowego sygnałów akustycznych i drganiowych. Znaczenie elementów toru ze szczególnym uwzględnieniem czujników ciśnienia akustycznego (mikrofonów), natężenia dźwięku (sona pp i pv) i przetworników drgań (akcelerometrów). Modele teoretyczne przetworników, zasada działania przetworników indukcyjnych, pojemnościowych i piezoelektrycznych. Budowa, parametry, wymagania, parametry użytkowe oraz dobór mikrofonów i akcelerometrów.

  6. Niepewność w wibroakustycznych systemach pomiarowych. Przykłady realizacji

    Podstawowe pojęcia i definicje z zakresu niepewności pomiarów w obszarze sygnałów wibroakustycznych. Niepewności cząstkowe wnoszone przez system pomiarowy, metodykę, uwarunkowania środowiskowe. Przykłady realizacji budżetów niepewności.

  7. Metody pomiaru czasu pogłosu.

    Definicje podstawowych pojęć. Metody teoretyczne wyznaczania czasu pogłosu. Sygnały pobudzające – włsności. Metoda szumu przerywanego, metody impulsowe w tym metoda MLS i Swept sine.
    Metody aproksymacji krzywej zaaniku.

  8. Systemy wielokanałowe, monitoring ciągły. Pomiary mocy akustycznej w warunkach laboratoryjnych i terenowych.

    Współczesne systemy do ciągłej akwizycji wielokanałowej sygnałów akustycznych i drganiowych. Dobór parametrów rejestrowanych w stacja monitoringu ciągłego.
    Pomiar mocy akustycznej w warunkach pola swobodnego i pogłosowego. Wymagania w powiązaniu z dokładnością metody.

Laboratory classes (26h):
  1. Wprowadzenie. Przetworniki do pomiarów sygnału akustycznego ( mikrofony) i drganiowego ( akcelerometry). Budowa, parametry, wymagania.

    Przetworniki do pomiarów sygnału akustycznego – mikrofony (pojemnościowe z polaryzacją 200 V i 0 V) i drganiowego – akcelerometry piezoelektryczne. Budowa, parametry użytkowe zawarte w metryce – czułość, pasmo przenoszenia, dynamika, odpornośc na zakłócenia. Producenci, wymagania.

  2. Wprowadzenie. Analiza częstotliwościowa podstawowych przebiegów czasowych – sinus, piła, prostokąt

    Zapoznanie się z filtrami stosowanymi w analizie widmowej sygnałów ze stałą względną i bezwględną szerokością pasma – 1/3 i 1/1 oktawy oraz analiza FFT. Widmo sygnału sinusoidalnego w analizie 1/3 oktawy z uwzględnieniem rzeczywistego kształtu filtrów. Analiza zawartości wyższych harmonicznych w sygnałach czasowych – sinus, piła i prostokąt, z generatora i przetworzonych przez układ generator-wzmacniacz-głośnik-pomieszczenie-mikrofon.

  3. Analiza częstotliwościowa sygnałów szumowych – szum biały, różowy, czerwony i czerwono-biały

    Analiza rozkładu gęstości widmowej sygnałów szumowych (szum biały, różowy, czerwony i czerwono-biały) z zastosowaniem filtrów stałoprocentowych i FFT. Badanie sygnałów z generatora i przetworzonych przez układ generator-wzmacniacz-głośnik-pomieszczenie-mikrofon.

  4. Kalibracja toru akustycznego i drganiowego.

    Kalibracja i jej znaczenie w systemie pomiarowym. Kalibracja toru akustycznego w układzie z mikrofonem pola swobodnego i ciśnieniowego. Kalibracja wstępna (z metryki mikrofonu) i za pomocą wzorcowego źródła dźwięku. Kalibracja toru drganiowego z czujnikiem przyspieszeń drgań. Kalibracja napięciowa i za pomocą wzorcowego źródła drgań.

  5. Parametry użytkowe przenośnych analizatorów sygnałów wibroakustycznych

    Parametry użytkowe przenośnych analizatorów sygnałów wibroakustycznych i ich znaczenie w realizacji pomiaru. Zasady doboru parametrów użytkowych w powiązaniu z własnościami mierzonego obiektu i założonym celem.

  6. Zastosowanie poziomów LEQ i SEL w pomiarach sygnału akustycznego zmiennego w czasie. Na przykładzie hałasu drogowego

    Pomiary terenowe poziomów LAEQ i LAE (SEL) sygnału akustycznego generowanego przez przejeżdżajace pojazdy – drogowe i szynowe. Wyznaczanie poziomów LAEQ na podstawie pomiarów LAE pojedynczych zdarzeń akustycznych.

  7. Pomiary drgań gruntu. Sposoby mocowania czujnika w gruncie.

    Pomiary przyspieszeń drgań gruntu pochodzących od komunikacji szynowej z wykorzystaniem rónych sposobów mocowania przetwornika przyspieszeń drgań.

  8. Pomiar widma FFT sygnału drganiowego. Dobór okna czasowego

    Pomiary sygnałów przyspieszeń drgań o charakterze ciagłym i krótkotrwałym z wykorzystaniem okien czasowych – kosinusoidalne, prostokątne i definiowane przez użytkownika.

  9. Pomiar czasu pogłosu metodami klasycznymi – szum przerywany i impuls fizyczny

    Zasady wykonywania pomiarów czasu pogłosu przy wykorzystaniu równych sygnałów pobudzających – szum przerywany, impuls fizyczny. Opracowanie algorytmu aproksymującego krzywą zaniku z automatycznym wyborem granic przedziału aproksymowanej funkcji. Ocena jakości pomiaru w zależności od przyjętej metody.

  10. Pomiar czasu pogłosu metodą odpowiedzi impulsowej – MLS i SweptSine.

    Pomiar czasu pogłosu z wykorzystaniem odpowiedzi impulsowej otrzymanej za pomocą techniki MLS i SweptSine. Porównanie efektywności obu technik pomiarowych w odniesieniu do metod klasycznych. Ocena niepewności pomiaru.

  11. Pomiar mocy akustycznej metoda ciśnieniową w komorze pogłosowej

    Wykonanie pomiarów mocy akustycznej w komorze pogłosowej. Korekcja wpływu pomieszczenia na wynik pomiaru. Ocena niepewności pomiaru.

  12. Pomiar mocy akustycznej metodą natężeniową.

    Zastosowanie metod natężeniowych w pomiarach mocy akustycznej. Wykonanie pomiarów sondą 3D w warunkach in-situ. Ocena skuteczności otody w warunkach podwyższonych zakłóeń.

  13. Pomiar hałasu impulsowego z zastosowaniem korekcji impulsowej

    Techniki pomiaru hałasu impulsowego. Wykonanie pomiarów i wyznaczanie korekcji impulsowej w rozumieniu normy PN ISO 1996-1:2006. Ocena niepewnosci pomiaru.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zajęcia zaliczane są poprzez sprawdzenie przygotowania do zajęć laboratoryjnych – krótka kartkówka przed każdym nowym tematem ćwiczenia laboratoryjnego, sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych – z możliwymi dwoma poprawkami w razie stwierdzenia nieprawidłowości (na platformie UPEL) oraz dodatkowo zaliczenie ustne. Treści wykładów oraz ćwiczeń laboratoryjnych dodatkowo zaliczane są w formie testu na platformie UPEL. Test jest jednokrotny, poprawa niezaliczonego testu tylko w formie odpowiedzi ustnej.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

Na podstawie oceny z ćwiczeń laboratoryjnych (sprawozdania -S), oceny z wejściówek (kartkówek sprawdzających przygotowanie do ćwiczenia – K), odpowiedzi ustnej (z zakresu ćwiczeń laboratoryjnych – U) oraz oceny z testu na platformie UPEL – T.Ocena końcowa – OK ]=0,2S+0,25T+0,25K+0,3U [ z przeliczeniem na oceny wg skali AGH

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Nieobecność można odrobić na innej grupie, jednak z zachowaniem maksymalnej liczby studentów w grupie, (nie przekraczającej 15 osób). W przypadku braku takiej możliwości, student powinien wykonać i zaliczyć sprawozdanie na podstawie wyników z dowolnej innej grupy. Nie może to być jednak łącznie więcej niż dwóch przypadków w całym kursie.

Prerequisites and additional requirements:

Student powinien znać podstawowe zagadnienia z zakresu podstaw wibroakustyki oraz posługiwania się komputerem, w tym podstaw zasad działania sieci komputerowych.

Recommended literature and teaching resources:

1. B&K – Acoustics Noise Measurements
2. B&K – Mechanical Vibration and Shock Measurements
3. C.Marven, G.Ewers –Zarys cyfrowego przetwarzania sygnałów
4. Instrukcja analizatora Nor 840
5. R.G.Lyons – Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów
6. R.Hagel, J.Zakrzewski – Miernictwo dynamiczne
7. Zb.Engel – Ochrona środowiska przed drganiami i hałasem
8. J.Krystek, Ochrona środowiska dla inżynierów, T.Wszołek – Rozdział 2. Ochrona przed hałasem, PWN 2018.
9. Zb.Żyszkowski – Miernictwo akustyczne
10. Danuta Turzeniecka – Analiza dokładności wybranych przybliżonych
metod oceny niepewności
10. Normy Polskie i międzynarodowe PN ISO 1996-1,2,3
11. Tomasz P.Zieliński – Od teorii do cyfrowego przetwarzania sygnałów
12.E.Ozimek – Dźwięk i jego percepcja. Aspekty fizyczne i psychoakustyczne.
13. A.Dobrucki – Przetworniki elektroakustyczne
14. Strony internetowe B&K, Norsonic, G.R.A.S, PCB
15. Materiały (wykłady i instrukcje do ćwiczeń) dostępne na stronie przedmiotu na platformie UPEL.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Wszołek T. , Diagnostic symptoms of corona audible noise in continuous monitoring systems, Archives of Acoustics , 2011 vol. 36 no. 1 s. 151–160.
Wszołek T., Tonal and impulse Adjustment for Noise Source Rating Levels, Progress of Acoustics – Polish Acoustical Society, Wroclaw Poland 2015, pp.413-426.
Wszołek T., Cumulative industrial noise impact on the environment, Archives of Acoustics, 42, 2, pp. 169-174, 2017
Kukulski B., Wszołek T., The Research on Impulsive Events in Railway Noise Generated During Passage Through a Railroad Switch, Archives of Acoustics, 42, 3, pp. 441-447, 2017
Tadeusz WSZOŁEK, Bartłomiej KUKULSKI, Dominik MLECZKO – Analiza przydatności wybranych parame-trów akustycznych w klasyfikacji dźwięków wysokoimpulsowych, rozdział w monografii pt. Postępy akustyki 2016, red. Mirosław Meissner, Polskie Towarzystwo Akustyczne. Oddział Warszawski. – Warszawa : PTA. Oddział Warszawski, s.331-342, 2016.
Kłaczyński M., Identification of Aircraft Noise During Acoustic Monitoring by Using 3D Sound Probes, Acta Physica Polonica A, vol. 125, issue 4A, pp. 144-148, 2014
Kłaczyński M., Wszołek T., Acoustic study of REpower MM92 wind turbines during exploitation, Archives of Acoustics ; ISSN 0137-5075. — 2014 vol. 39 no. 1, pp. 3–10

Additional information:

Przedmiot prowadzony jest na platformie UPEL, na której dostępne są wszystkie wykłady i instrukcje ćwiczeń w wersji pdf. Wszystkie sprawozdania przesyłane są na platformę i tam są oceniane. Na platformie przeprowadzony jest także test zaliczeniowy z całości przedmiotu.