Разбиране на алиасинга при вибрационен анализ

Определение: Какво е алиасинг?

Алиасинг е критична грешка при обработката на сигнала, която може да възникне по време на цифровия анализ на вибрационни данни. Това се случва, когато сигналът се семплира с честота, която е твърде ниска, за да улови точно най-високочестотните му компоненти. В резултат на това тези високи честоти „сгъват“ или „имитират“ по-ниските честоти в получения FFT спектър, създавайки фалшиви честотни пикове, които могат да доведат до сериозна погрешна диагноза на състоянието на машината.

Теоремата на Найкуист и честотата на дискретизация

За да разберем псевдонимите, първо трябва да разберем Теорема на Найкуист (известна също като теоремата за семплиране на Найкуист-Шанън). Този основен принцип на цифровата обработка на сигнали гласи:

За да се представи точно аналогов сигнал в цифров вид, честотата на дискретизация (Fs) трябва да бъде поне два пъти по-голяма от най-високочестотния компонент (Fmax), присъстващ в сигнала.

Тази минимална честота на дискретизация (2 * Fmax) се нарича Коефициент на НайкуистПри вибрационния анализ, най-високата честота от интерес, която може да бъде точно измерена, е следователно половината от честотата на дискретизация (Fmax = Fs / 2). Тази Fmax често се нарича честота на Найкуист.

Как се получава алиасингът?

Представете си високочестотен вибрационен сигнал, измерван от цифров анализатор. Анализаторът взема дискретни проби (моментни снимки) на сигнала с фиксирана честота (честота на дискретизация).

• Ако честотата на дискретизация е достатъчно висока (доста над честотата на Найкуист), анализаторът улавя достатъчен брой точки, за да реконструира точно формата на вълната.
• Ако обаче честотата на семплиране е твърде ниска, анализаторът „пропуска“ случващото се между семплите. Малкото точки, които улавя, могат да бъдат свързани, за да образуват напълно различна, нискочестотна синусоида. Тази нова, фалшиво ниска честота е „псевдонимът“.

Например, ако сигналът съдържа компонент от 900 Hz, но Fmax на анализатора е настроен на 500 Hz (което означава честота на дискретизация от 1000 Hz), компонентът от 900 Hz не може да бъде измерен правилно. Той ще бъде „алиасен“ и ще се появи като пик при по-ниска честота (по-специално при Fs – 900 Hz = 1000 – 900 = 100 Hz), като потенциално може да бъде сбъркан с вибрация с 1X скорост на движение.

Предотвратяване на алиасинг: Филтърът против алиасинг

Невъзможно е да се знае предварително цялото високочестотно съдържание (напр. от ултразвуков шум, удари или радиочестотни смущения), което може да присъства в сигнала. Следователно, разчитането само на задаване на достатъчно висока честота на дискретизация не е практично решение.

Решението, използвано във всички съвременни цифрови вибрационни анализатори, е филтър против изглажданеТова е стръмен нискочестотен филтър, който се поставя в пътя на сигнала *преди* аналогово-цифровия преобразувател (ADC). Ето как работи:

1. Потребителят задава желаната максимална честота (Fmax) за своя анализ.
2. Въз основа на този Fmax, анализаторът автоматично задава граничната честота на филтъра за анти-алиасинг малко над Fmax.
3. Аналоговият сигнал от сензора преминава през този филтър, който премахва или силно отслабва всички честоти над точката на скъсяване.
4. Само филтрираният, „чист“ сигнал се изпраща към аналогово-цифровия преобразувател (ADC) за семплиране.

Чрез премахване на високите честоти, които избраната честота на дискретизация не може да обработи, филтърът против алиасинг прави физически невъзможно възникването на алиасинг. Той е един от най-важните компоненти на цифровия анализатор на сигнали, гарантиращ, че полученият FFT спектър е истинско и точно представяне на вибрациите на машината в избрания честотен диапазон.

← Обратно към основния индекс