ابزارهای پردازش سيگنال و شناسايی پارامترهای مودال سيستم

پردازش سیگنال و شناسایی پارامترهای مودال در سیستم‌های سازه‌ای (Structural Systems) یکی از بخش‌های کلیدی در تحلیل سلامت سازه، مدل‌سازی و کنترل ارتعاشات است. در این حوزه، ابزارهای متعددی از نرم‌افزارها، الگوریتم‌ها و تجهیزات سخت‌افزاری برای استخراج اطلاعات مودال (فرکانس‌های طبیعی، شکل‌مودها و نسبت میرایی) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

1. ابزارهای نرم‌افزاری (Software Tools):

✅ MATLAB

ابزار قدرتمند با جعبه‌ابزارهای متنوع مانند:
Signal Processing Toolbox
System Identification Toolbox
Modal Analysis Toolbox (Third-party)
امکان پیاده‌سازی روش‌های کلاسیک و مدرن مانند:
FFT، PSD، CWT
روش‌های مدرن شناسایی مودال (ERA، SSI)

✅ ARTeMIS Modal

نرم‌افزار تخصصی برای شناسایی مودال:
پشتیبانی از OMA (Operational Modal Analysis)
نمایش گرافیکی شکل مودها و نرخ میرایی
پشتیبانی از انواع روش‌های SSI (Stochastic Subspace Identification)

✅ ME’scopeVES

تحلیل مودال و انیمیشن مودها
مناسب برای تست‌های دینامیکی تجربی
نمایش سه‌بعدی مودها و نتایج FFT

✅ LMS Test.Lab (by Siemens)

نرم‌افزار صنعتی قدرتمند برای آزمون‌های مودال و تحلیل داده
پشتیبانی از روش‌های آزمایشگاهی (EMA) و بهره‌برداری (OMA)

2. روش‌های شناسایی پارامترهای مودال (Modal Parameter Identification Methods):

📌 روش‌های حوزه زمان (Time-Domain):

ERA (Eigensystem Realization Algorithm)
SSI (Stochastic Subspace Identification) – پرکاربرد در OMA
Time-domain NExT (Natural Excitation Technique)

📌 روش‌های حوزه فرکانس (Frequency-Domain):

Frequency Domain Decomposition (FDD)
Peak Picking
PolyMAX / Rational Fraction Polynomial (RFP)

3. سخت‌افزار مورد استفاده در تست مودال:

شتاب‌سنج (Accelerometer) – برای ثبت ارتعاشات سازه
دیتالاگر / سیستم اندازه‌گیری داده (DAQ) – مانند National Instruments
چکش ضربه‌ای (Impact Hammer) – برای تحریک کنترل‌شده
سیستم لرزاننده (Shaker) – برای تحریک با فرکانس کنترل‌شده

4. پیش‌پردازش و پردازش سیگنال:

حذف نویز با فیلترها (Butterworth، Kalman)
تحلیل طیفی: FFT، PSD، Spectrogram
تجزیه به مؤلفه‌های مستقل: ICA، PCA
تبدیل موجک پیوسته (CWT): برای شناسایی مودها در ساختارهای غیرخطی یا متغیر با زمان