FFT (бързо преобразуване на Фурие) в анализа на вибрациите
Сайтът Бързо преобразуване на Фурие (FFT) е високоефективен математически алгоритъм, който преобразува сигнал от времевата област във честотната област. В анализ на вибрациите той преобразува необработени, сложни времева форма на сигнала — амплитуда на вибрациите в зависимост от времето — в честотен спектър, амплитудата е нанесена в зависимост от честотата. Това единствено преобразуване е най-важният и основен процес в съвременната диагностика на машините; без него вибрационният сигнал е малко повече от неразбираема крива.
1. Определение: Какво представлява FFT?
Бързото Фурие преобразуване (FFT) не е измерване, а изчисление. То представлява бърза реализация на дискретното Фурие преобразуване, която използва математическите симетрии, за да извърши за милисекунди това, което иначе би отнело много повече време – именно затова може да работи в реално време на преносим уред. Основният принцип, дължащ се на Фурие, е, че всеки комплексен периодичен сигнал може да бъде реконструиран като сума от прости синусоидни вълни с различни честоти и амплитуди. FFT работи по обратния принцип: подайте му заплетена вълнова форма и той ще ви върне списъка със синусоидите, от които е изградена.
2. Защо ФФТ е от съществено значение за диагностиката
Необработената вълнова форма на времето от работеща машина представлява смесица от множество едновременни колебания и е почти невъзможно да се прецени състоянието на машината на око само по тази крива. FFT действа като призма, разлагайки сложния сигнал на отделните му честотни компоненти. Резултатът е ясна и полезна диаграма, която позволява на анализатора да види:
- Какви честоти са налични?
- Колко енергия (амплитуда) се съдържа във всяка честота?
- Каква е връзката между тези честоти — хармоници, странични ленти и други подобни?
Поради различни механични и електрически неизправности — дисбаланс, несъответствие, дефекти на лагеритеи разхлабеност — тъй като всяка от тях генерира вибрации с много конкретни и предвидими честоти, спектърът предоставя пряк път към основната причина за даден проблем. Този поглед в честотната област е в основата на всички спектрален анализ.
3. Основни параметри на FFT анализа
За да получи полезен спектър, анализаторът задава няколко параметъра на устройството за събиране на данни или в софтуера. Ако ги зададе неправилно, може да пропусне реална неизправност; ако ги зададе правилно, тя се откроява ясно.
Fmax (максимална честота)
Най-високата честота, включена в спектъра. Тя трябва да бъде зададена на достатъчно висока стойност, за да улови най-високочестотния проблем, който представлява интерес — високочестотен зъбна мрежа или например носещите тонове — но не толкова високи, че да се загубят нискочестотните детайли. За да се предотврати псевдонимизиране, инструментите прилагат антиалиасинг нискочестотен филтър под честотата на дискретизация преди изчисляването на БФТ.
Разделителна способност (линии на разделителна способност)
Това определя степента на детайлност — броя на отделните честотни „интервали“, изчислени в рамките на Fmax. По-голям брой линии (например 3 200 или 6 400) осигурява по-висока разделителна способност, което означава по-голяма възможност за разграничаване на две честоти, които са близо една до друга. Високата разделителна способност е от съществено значение за разграничаване на биещите честоти или за разграничаване на честотите, които са разположени близо една до друга странични ленти при анализа на предавателните механизми. Тъй като ширината на интервала се равнява на Fmax, разделена на броя на редовете, винаги съществува компромис между обхвата и нивото на детайлност; Калкулатор за разделителна способност на FFT показва ширината на бина и времето за събиране на данни при всяка настройка, както и Увеличаване FFT може да концентрира всички налични линии в тесен диапазон, когато е необходимо още по-фино разделяне.
Осредняване
Тъй като вибрациите на машината се променят, един-единствен FFT-момент може да бъде подвеждащ. При усредняването се събират няколко FFT-измервания в бърза последователност и се комбинират, като по този начин се потискат случайните шумове и се получава значително по-стабилен и възпроизводим спектър, който достоверно отразява състоянието на машината.
Прозорци
A функция на прозореца — най-често Прозорец Ханинг — е математическо претегляне, което се прилага към данните за времето преди трансформацията. То минимизира грешка, наречена спектрално изтичане, което в противен случай би размазало острия пик в съседните честотни ленти и би нарушило както амплитудата, така и видимата честота.
4. Интерпретиране на FFT спектър
Обучен анализатор интерпретира спектъра, като разпознава характерните модели:
- Голям връх в 1× работна скорост показва дисбаланс.
- Голям връх в 2× Скоростта на въртене често е признак за неправилно подреждане.
- Дълга поредица от хармоници (1×, 2×, 3×, 4×…) е класически признак за механично разхлабване.
- Високочестотен пик, придружен от странични ленти с интервал, съответстващ на скоростта на движение, е признак за повреда в скоростната кутия или лагера.
- Повишеното ниво на широколентовия шум може да е признак за кавитация в помпата или при общо триене.
Чрез сравняване на настоящия спектър с базова линия записани, когато машината е била в изправно състояние, анализаторът може да забележи промените и да диагностицира възникващите проблеми много преди те да се превърнат в критични повреди.
5. Дискретното преобразуване на Фурие (DFT) в практиката на измерванията на място
При преносимите уреди FFT се изчислява на място от реалния акселерометър signal. The Балансет-1а, двуканален полеви анализатор, записва времевата крива и показва нейния спектър в диапазона от около 5 Hz до 1000 Hz, което позволява на инженера да отчете пиковата стойност на работната скорост, нейните хармоници, както и евентуални шумове от лагери или зъбни колела на машината. В комбинация с импулса от тахометъра, подаван веднъж на оборот, същият набор от данни подпомага балансирането на базата на фазите, докато анализ на поръчките може да преобразува спектъра в кратни на работната скорост при машини с променлива скорост — превръщайки FFT от статична диаграма в основен елемент на работния процес за диагностика и балансиране на място.
