Разбиране на съгласуваността при анализа на вибрациите
Съгласуваност — наричана още функция на кохерентността — е инструмент за обработка на сигнали, използван в анализ на вибрациите за да се оцени качеството и валидността на двуканално измерване. Това е число между 0 и 1, изчислявано за всяка честота поотделно, което показва колко от изходния сигнал при всяка честота се дължи изцяло и линейно на входния сигнал. По същество кохерентността е индикаторът за увереност на анализатора: тя дава отговор на въпроса „мога ли да се доверя на това измерване или то е замърсено от шум?“ още преди да бъдат направени каквито и да било изводи от данните.
1. Определение: Какво е кохерентност?
Кохерентността количествено изразява линейната причинно-следствена връзка между два едновременно измерени сигнала при всяка честота в спектър. Мащабът е интуитивен:
- Съгласуваност на 1.0 при дадена честота означава идеална линейна зависимост между двата сигнала — 100% от изходния сигнал при тази честота се дължи на входния сигнал.
- Съгласуваност на 0.5 означава, че само 50 % от енергията на изхода при тази честота е линейно свързана с входната. Останалите 50 % се дължат на други фактори: шум, нелинейности или други неизмерени входни величини.
- Съгласуваност на 0.0 означава, че изобщо няма линейна зависимост между двата сигнала на тази честота.
От математическа гледна точка кохерентността се извежда от спектрална плътност на кръстосаната мощност на двата канала заедно с автоспектър на всеки от тях, нормализирани така, че резултатът винаги да е между 0 и 1. Най-важното е, че това е осреднена стойност количество: за да се получи значима стойност на съгласуваността, са необходими няколко средни стойности от измерването, поради което тя може да бъде получена само с многоканален анализатор, способен да регистрира два сигнала едновременно.
2. Проверка на измерванията на функцията на честотната характеристика (FRF)
Най-често срещаното и важно приложение на кохерентността е за проверка на Функция за честотна характеристика (FRF). При извършване на изпитване на удар — известен още като тест за удар — за да се измери как дадена конструкция реагира в различните честотни диапазони, графиката на кохерентността е от съществено значение за преценката дали събраните данни си заслужават да бъдат запазени.
- Точно измерване: за валиден FRF коефициентът на съгласуваност трябва да е много близо до 1,0 при честотите на резонансен върхове. Високата степен на съгласуваност — да речем над 0,95 — дава на анализатора увереност, че измерената реакция е била действително предизвикана от удара на чука, а не от фонови вибрации или шум при измерването.
- Неточно измерване: ако кохерентността спадне рязко при резонансен пик, резултатът от измерването е съмнителен. Причината може да бъде неточно ударение на чукчето, шумна околна среда или действително нелинейна реакция на конструкцията. Правилното решение е да се отхвърли този удар и да се опита отново.
Една тънкост не бива да се бърка с недостатък: съгласуваността естествено се проявява при антирезонанси — долините между върховете на FRF — тъй като там структурата почти не се променя и откликът се характеризира предимно с шум. Ниската кохерентност в тези долини е нормална и очаквана. Именно затова кохерентността се разглежда успоредно с данните от FRF в модален анализ, където се потвърждава истинността собствени честоти на една машина или конструкция зависи от точни и надеждни данни.
3. Идентифициране на източника
Кохерентността може също така да покаже дали вибрациите от една машина предизвикват вибрации в друга. Да предположим, че една помпа и един двигател са монтирани на една и съща основа и имате подозрение, че двигателят предизвиква вибрации в помпата:
- Процедура: място едно акселерометър един на двигателя (входа) и втори на помпата (изхода), измервайте и двата едновременно и изчислете кохерентността между тях.
- Тълкуване: ако степента на съгласуваност е висока при двигателя работна скорост, което е силно доказателство, че вибрациите се предават от двигателя към помпата чрез общата им конструкция. Ако кохерентността на тази честота е ниска, вибрациите на помпата най-вероятно се дължат на нейни собствени проблеми — нейни собствени дисбаланс или кавитация, например — а не от двигателя.
Използвана по този начин, кохерентността помага за очертаване на пътищата на предаване на вибрациите и предпазва анализатора от това да се фокусира върху грешната машина — често срещана и скъпоструваща грешка, когато две свързани единици вибрират с подобна честота.
4. Фактори, които намаляват съгласуваността
Няколко различни механизма могат да доведат до понижаване на стойността на кохерентността под 1,0, а установяването на това кой от тях е в действие е част от диагностиката:
- Шум при измерването: външен шум, който замърсява входния или изходния канал — най-честата причина, която често може да се намали чрез по-добро закрепване на сензора или чрез изчисляване на повече средни стойности.
- Нелинейни системи: съгласуваността измерва само Линейна връзка. Ако системата се държи нелинейно — поради разхлабеност, a пукнатиниили при взаимодействието между течност и структура — съгласуваността ще бъде ниска, дори когато съществува истинска причинно-следствена връзка.
- Забавяне на времето: значително закъснение между входните и изходните сигнали намалява кохерентността, освен ако анализаторът не е настроен да го отчита.
- Други неизмерени входни данни: ако изходът се захранва от повече от един източник и измервате само един от тях като вход, неизмерената енергия се проявява като загуба на кохерентност.
5. Съгласуваността като инструмент за контрол на качеството
На практика кохерентността действа не толкова като диагноза, колкото като „пазач“, който защитава всяка диагноза, основана на данни от два канала. Тя е тясно свързана с предавателна функция и FRF, към който се прилага — FRF ви информира как структурата дава отговор, докато съгласуваността ти подсказва доколко да вярваме които отговарят на всяка честота. Рутинното балансиране на място и едноканалният спектрален анализ се извършват с преносим анализатор като Балансет-1а не се нуждаят от график на кохерентността, но в момента, в който изследването премине към тестове за въздействие, търсене на резонанс или проследяване на източника в многоканална система, кохерентността се превръща в параметъра, който разграничава надеждния резултат от подвеждащия. Накратко, функцията на кохерентността е жизненоважен инструмент за контрол на качеството при усъвършенствани вибрационни измервания: тя осигурява увереност във валидността на данните за FRF и помага за идентифициране на пътищата, по които вибрациите се разпространяват в машината.
