تحويل فورييه السريع (FFT) في تحليل الاهتزازات

التعريف: ما هو FFT؟

ال تحويل فورييه السريع (FFT) هي خوارزمية رياضية عالية الكفاءة تُستخدم لتحويل إشارة من نطاق الزمن إلى نطاق التردد. في تحليل الاهتزازات، يعني هذا تحويل بيانات خام ومعقدة. شكل موجة الوقت (رسم بياني لسعة الاهتزاز مقابل الزمن) في طيف التردد (رسم بياني لسعة الاهتزاز مقابل التردد). يُعد هذا التحويل العملية الأهم والأكثر جوهرية في تشخيص الآلات الحديثة.

لماذا يعد FFT ضروريًا للتشخيص؟

شكل الموجة الزمنية الخام الصادرة عن آلة تعمل هو مزيج معقد من اهتزازات مختلفة عديدة تحدث جميعها في آن واحد. يكاد يكون من المستحيل النظر إلى هذه الإشارة وتحديد حالة الآلة. يعمل تحويل فورييه السريع (FFT) كمنشور، يفصل هذه الإشارة المعقدة إلى مكوناتها الترددية الفردية. والنتيجة هي مخطط واضح وقابل للتنفيذ يسمح للمحلل برؤية:

• ما هي الترددات الموجودة؟
• ما مقدار الطاقة (السعة) عند كل تردد؟
• ما هي العلاقة بين هذه الترددات؟

نظرًا لأن الأخطاء الميكانيكية والكهربائية المختلفة (مثل عدم التوازن، وعدم المحاذاة، وعيوب المحمل، والارتخاء) تولد اهتزازات عند ترددات محددة للغاية ويمكن التنبؤ بها، فإن طيف FFT يوفر خريطة طريق مباشرة للسبب الجذري للمشكلة.

المعلمات الرئيسية لتحليل FFT

للحصول على طيف FFT مفيد، يجب على محلل الاهتزاز تحديد العديد من المعلمات الرئيسية على جامع البيانات أو البرنامج:

1. Fmax (التردد الأقصى)

هذا هو أعلى تردد سيتم تضمينه في الطيف. يجب ضبطه على مستوى عالٍ بما يكفي لالتقاط أعلى تردد خطأ تبحث عنه (مثلاً، تداخل تروس عالية التردد أو نغمات تحمل).

2. الدقة (خطوط الدقة)

يُحدد هذا مستوى التفصيل في الطيف. ويُعرّف بأنه عدد "حاويات" التردد المنفصلة أو نقاط البيانات التي سيتم حسابها عبر Fmax. يؤدي عدد أكبر من الخطوط (مثل 3200 أو 6400) إلى دقة تردد أفضل، مما يعني القدرة على فصل ترددي اهتزاز متقاربين جدًا. تُعد الدقة العالية أمرًا بالغ الأهمية لتشخيص ترددات النبض أو تحليل النطاقات الجانبية في تحليل علبة التروس.

3. المتوسط

لأن اهتزاز الآلة قابل للتذبذب، فإن استخدام تحويل فورييه سريع واحد "للقطة" قد يكون مضللاً. يتضمن حساب المتوسط الحصول على عدة تحويلات فورييه سريعة متتالية، ثم حساب متوسطها معًا. تقلل هذه العملية من الضوضاء العشوائية، وتوفر طيفًا أكثر استقرارًا وقابلية للتكرار وتمثيلًا للحالة الحقيقية للآلة.

4. النوافذ

دالة النافذة (مثل هانينغ) هي ترجيح رياضي يُطبّق على بيانات شكل الموجة الزمنية قبل حساب تحويل فورييه السريع. وهي تقنية معالجة إشارات تُستخدم لتقليل خطأ يُسمى "التسرب الطيفي"، مما يضمن دقة سعة وتردد الإشارات في الطيف قدر الإمكان.

تفسير طيف FFT

يقوم المحلل المدرب بتفسير طيف FFT من خلال البحث عن الأنماط المميزة:

• قمة كبيرة في 1x سرعة الجري يشير إلى عدم التوازن.
• قمة كبيرة في 2x سرعة الجري يشير في كثير من الأحيان إلى عدم المحاذاة.
• سلسلة من التوافقيات (تصل إلى الذروة عند 1x، 2x، 3x، 4x، وما إلى ذلك) وهي علامة كلاسيكية على الرخاوة الميكانيكية.
• ذروة عالية التردد مع أشرطة جانبية إن التباعد عند سرعة التشغيل هو علامة واضحة على وجود عطل في علبة التروس أو المحمل.
• يمكن أن يشير ارتفاع "الأرضية" للضوضاء ذات النطاق العريض إلى وجود تجويف في المضخة أو احتكاك.

من خلال مقارنة طيف FFT الحالي مع خط الأساس المأخوذ عندما كانت الآلة سليمة، يمكن للمحللين بسهولة اكتشاف التغييرات وتشخيص المشاكل النامية قبل وقت طويل من أن تصبح فشلاً حرجًا.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي