Разбиране на синхронното осредняване
Синхронно осредняване — наричано още усредняване във времевата област или синхронно по време усредняване (TSA) — е метод за обработка на сигнали в анализ на вибрациите което подобрява периодичните, синхронни със скоростта вибрация като едновременно с това се потискат случайните шумове и всякакви вибрации, които не са синхронизирани с въртенето на вала. Методът извършва многократно измерване на вибрациите през множество обороти на вала, като всеки блок се задейства веднъж на оборот тахометър импулс, след което изчислява средната стойност на съответните точки за всеки оборот. Компонентите, които се повтарят идентично при всеки оборот, се усилват взаимно, докато случайният шум и asynchronous компонентите се неутрализират, което води до значително подобрение на съотношението сигнал-шум. Този метод е особено ефективен при диагностиката на зъбни колела — като изолира характерния звук от зацепването на едно-единствено зъбно колело — и може да разкрие фини периодични модели, скрити в шума, които биха останали напълно незабележими при обикновена времева форма на сигнала или FFT спектър.
1. Как работи синхронното усредняване
Процесът, стъпка по стъпка
- Сигнал на спусък: импулс, подаван веднъж на оборот от тахометър, или ключов фазор определя началото на всеки оборот.
- Сегментиране на данните: Вибрационен сигнал, разделен на сегменти с еднаква дължина, по един на оборот
- Подравняване: всеки сегмент е синхронизиран с пулса на задействане, така че всички те започват от една и съща ъглова точка.
- Изчисляване на средната стойност по точки: съответните проби от всички сегменти се усредняват.
- Резултат: една усреднена вълнова форма, представляваща един идеализиран оборот.
- Намаляване на шума: статистически случайните компоненти се неутрализират, докато периодичните се усилват.
Математиката, която стои зад това
- Сбор от периодични сигнали със синхронизирани фази coherently (те се сумират във фаза и нарастват линейно с броя на средните стойности).
- Суми от случаен шум incoherently (това се неутрализира статистически, като нараства само пропорционално на квадратен корен от броя).
- Поради това подобрението на съотношението сигнал-шум е пропорционално на √N, където N е броят на средните стойности.
- Например, при 100 усреднявания съотношението сигнал/шум се подобрява 10 пъти (20 dB); при 400 усреднявания – 20 пъти (26 dB).
Тъй като импулсът идва от самия вал, синхронното усредняване по същество е форма на анализ на поръчките — средната стойност се фиксира спрямо ъгъла на вала, а не спрямо календарното време, което позволява да се компенсира малкото отклонение в скоростта, което би довело до размазване на обикновена FFT с фиксирана честота на дискретизация.
2. Приложения
Диагностика на скоростната кутия — основното приложение
Това е най-разпространеното и най-мощното приложение.
- Изолация на зъбното зацепване: синхронното усредняване с разглеждания зъб подобрява mesh pattern като едновременно с това се предотвратява натоварването върху останалите зъбни колела и лагерите, което спомага за потвърждаването дефекти на зъбните колела.
- Анализ на всеки зъб поотделно: Средната крива ясно показва всяко зацепване на зъб; повреден зъб се проявява като локално отклонение в иначе повтарящия се модел, а това отклонение ви позволява да го идентифицирате който зъбът е увреден и да прецени степента на увреждането.
Други приложения
- Подобрение на анализа на лагерите: изчисляването на средната стойност за период от външната орбита изолира и подчертава периодичните въздействия на дефект на лагера, като преодолява шума от други източници — особено полезно в среда с висока степен на шум.
- Торсионни вибрации: подобрява синхронизацията на компонентите при въртене, като същевременно намалява страничните вибрации и шума, разкривайки torsional резонанси и възбуждане.
- Балансиране: повишава точността на амплитуда и фаза измерване при шумови условия, което осигурява по-надеждни коефициент на влияние determination.
3. Предимства
- Намаляване на шума: значително подобрение на съотношението сигнал-шум, което позволява да се извличат сигнали, заглушени с 20–30 dB под прага на шума, като по този начин се осигурява възможност за измервания в наистина сурови условия.
- Изолиране на неизправността: отделя сигнала на един компонент от всички останали — например, като изолира зацепването на зъбното колело от зацепването на предавката в скоростната кутия — и по този начин установява кой компонент е дефектен.
- Повишена разделителна способност: разкрива фини модели и дефекти, показва детайли, скрити в необработения сигнал, и позволява наистина ранна откриване на повреди.
4. Изисквания и ограничения
Какво е необходимо
- Тахометър: Надежден спусък, задействащ се веднъж на всеки оборот, е от съществено значение — без него методът не може да подреди сегментите.
- Постоянна скорост: скоростта трябва да се поддържа относително стабилна, обикновено в рамките на ±1–2%.
- Достатъчни средни стойности: обикновено 50–200 оборота за добър резултат.
- Периодичен сигнал: усилват се само истински периодичните компоненти, синхронизирани по фаза.
В какво се проваля
- Той потиска несинхронните повреди: случайни дефекти и повечето честоти на дефектите в лагерите are reduced, така че тази техника не е подходящ инструмент, ако това е целта ви (използвайте анализ на обвивката instead).
- Промяна на скоростта: променящата се скорост по време на прозореца за усредняване води до замъгляване на резултата.
- Необходимо време: данните трябва да се събират в продължение на много оборота.
- Не в реално време: необходима е известна последваща обработка.
5. Сравнение с други методи
Синхронно усредняване срещу линейно усредняване
- Синхронно: изчислява средните стойности във времевата област, синхронизирани с въртенето, и подчертава периодичните компоненти.
- Линеен: изчислява средните стойности на FFT спектрите и намалява случайните колебания във всички честоти без разлика.
- Use cases: синхронно за зъбни колела и конкретни компоненти; линейно за изглаждане на общия спектър.
Синхронно усредняване срещу анализ на амплитудната крива
- Синхронно усредняване: във времевата област, подчертава периодичните структури.
- Анализ на обвивката: в честотната област, открива повтарящи се удари, като например тези, причинени от отчупена повърхност на пътя.
- Допълнителни: Двете методики могат да се комбинират за цялостен анализ — изчислява се средната стойност на зацепването на зъбните колела, а след това се изчислява обхватът на оставащата част, за да се открие дефект в лагера.
6. Практическо приложение
Подготовка, събиране и интерпретация
- Настройка: монтирайте тахометър с ясен импулс на всеки оборот — лента от светлоотразителна лента използването на оптичен четец е обичайният избор в тази област — задайте броя на усредняванията (50–200), определете продължителността на сигнала (един оборот, десет оборота и т.н.) и проверете стабилността на скоростта.
- Събиране на данни: събира данни през периода на усредняване; уредът автоматично разделя на сегменти и изчислява средната стойност, показва усреднената вълнова форма и често изчислява ФФТ на този усреднен сигнал, за да предостави подобрено спектрално изображение.
- Тълкуване: да се проучи усреднената форма на вълната за наличие на периодични модели, да се търсят отклонения, които сочат за дефекти, да се сравни с изправен образец базова линия подписи и да се определи степента на сериозност въз основа на амплитудата на отклонението.
На място целият този работен процес зависи от наличието на чист фазов еталон. Преносим двуканален уред като Balanset-1A предоставя точно това: неговият оптичен лазерен тахометър се задейства от малък отрязък отразяваща лента върху вала, като генерира импулс на всеки един оборот, който определя началната точка на всеки прозорец за усредняване — същият импулс, който уредът вече използва за балансиране на място. При стабилен импулс и постоянна скорост усреднената крива, чието записване отнема само няколко секунди, може да разкрие дори един отчупен зъб на зъбното колело, който в необработения спектър остава напълно скрит.
7. Разширени варианти
- Средноаритметично изчисление при синхронно превключване на предавките: Измерването чрез зацепващото се зъбно колело, а не чрез вала, показва схемата на зацепване за конкретното зъбно колело, макар че за целта е необходим енкодер или многоимпулсен тахометър.
- Усредняване на няколко поредни измервания: изчислява средните стойности на няколко порядъка едновременно, за да раздели компонентите от 1-ви, 2-ри и 3-ти ред и да предостави изчерпателна информация за съдържанието на порядъците.
- Сигнал за разлика: Когато от суровия сигнал се извади усредненият сигнал, остава остатък, съдържащ точно това, което е било премахнато — асинхронното съдържание — което е полезен начин за откриване на дефекти в лагерите, след като е премахнато зацепването на зъбните колела.
Синхронното усредняване е усъвършенствана техника, която значително подобрява видимостта на периодичните, синхронизирани със скоростта модели, като същевременно потиска шума и асинхронните компоненти. Овладяването ѝ дава възможност за разширена диагностика на редукторите, ранно откриване на дефекти в шумни среди и ясно изолиране на характеристиките на отделните компоненти в машини, които иначе биха били недостъпни за наблюдение.
