Разбиране на спектралната плътност на мощността
Определение: Какво е спектрална плътност на мощността?
Спектрална плътност на мощността (PSD) е представяне на вибрация разпределение на енергията по честота, изразено като енергия на единица честотна лента (единици: (m/s²)²/Hz за ускорение, (mm/s)²/Hz за скорост). За разлика от стандартния амплитуден спектър която показва амплитудата при всяка честота, PSD показва как вибрационната мощност се разпределя по честотата, като стойностите са нормализирани от честотната лента на честотната разделителна способност. Тази нормализация прави PSD независима от анализната честотна лента, което позволява смислено сравнение между спектрите, измерени с различни настройки на разделителната способност.
PSD е особено важен за анализ на случайни вибрации (където енергията се разпределя непрекъснато по честота, а не се концентрира в дискретни пикове), за анализ на шум и за приложения, изискващи спектрална характеристика, независима от честотната лента, като например вибрационни тестове и екологична квалификация.
PSD спрямо амплитуден спектър
Амплитуден спектър
- Показва вибрация амплитуда на всяка честота
- Единици: mm/s, m/s², mils и др.
- Пикови амплитуди при дискретни честоти (дисбаланс, дефекти в лагерите)
- Стойностите зависят от честотната лента на FFT резолюцията
- Стандартен дисплей за диагностика на машини
Спектрална плътност на мощността
- Показва мощност на вибрациите на Hz от честотната лента
- Единици: (mm/s)²/Hz, (m/s²)²/Hz и др.
- Разпределение на енергията по честота
- Независима от анализа честотна лента
- Стандарт за анализ на случайни вибрации
Връзка
- PSD = (Амплитуда)² / Δf
- Където Δf = честотна резолюция (ширина на интервала)
- Квадратурата подчертава големите амплитуди
- Нормализацията прави независима от честотната лента
Приложения
1. Анализ на случайни вибрации
Основно PSD приложение:
- Случайни процеси: Турбулентност, вибрации на пътя, сеизмични, акустични
- Непрекъснати спектри: Енергията е разпределена по честота, а не отделни пикове
- Статистическо описание: PSD описва произволно разпределение на енергията на процеса
- Стандартен формат: Спецификации за вибрационни изпитвания в PSD
2. Характеризиране на широколентовия шум
- Кавитация шум в помпите
- Шум от турбулентния поток във вентилаторите
- Аеродинамичен шум
- Характеризиране на шума от дефекти на лагери
3. Сравнение, независимо от честотната лента
- Сравнете спектрите, измерени с различни настройки на FFT
- Данни от различни инструменти или резолюции
- Исторически данни с различни параметри на анализ
- Стойностите на PSD са директно сравними, независимо от честотната лента
4. Екологични тестове
- Спецификации на вибрационните изпитвания, дадени като PSD спрямо честотата
- Управление на масата за разклащане, базирано на PSD
- Тестване за квалификация на продукта
- Стандарти за удари и вибрации
Изчисляване на PSD
От бързо преобразуване на Фурия (БПФ)
- Изчисляване на FFT на вибрационния сигнал
- Квадратираме всяка амплитудна стойност
- Разделете на честотната резолюция (Δf = Fmax / Брой линии)
- Резултат: PSD в (единици)²/Hz
Единици
- PSD за ускорение: (m/s²)²/Hz или g²/Hz
- Скорост PSD: (мм/с)²/Hz или (инч/с)²/Hz
- PSD на изместване: (µm)²/Hz или (mils)²/Hz
- Често изобразявано: Логаритмична скала (dB спрямо референтната стойност)
Тълкуване на PSD графики
Плосък спектър (бял шум)
- Постоянна PSD в цялата честота
- Еднаква енергия на Hz при всички честоти
- Характеристика на широколентовите произволни вибрации
- Пример: Идеална произволна вибрация за тестване
Наклонен спектър (цветен шум)
- PSD варира в зависимост от честотата
- Нарастващ наклон: повече енергия при високи честоти
- Низходящ наклон: повече енергия при ниски честоти (често срещано в машините)
- Наклонът показва честотното разпределение на енергията
Върхове в PSD
- Дискретните честотни компоненти се появяват като пикове над общото ниво
- Резонансите се показват като повишени PSD региони
- Може да идентифицира доминиращите честоти, допринасящи за енергията
Връзка със средноквадратичната стойност (RMS) и общата енергия
Обща енергия от PSD
- Интегриране на PSD в целия честотен диапазон
- Резултат: Средноквадратична стойност
- Квадратният корен дава RMS стойност
- RMS = √[∫ PSD(f) df]
Енергия в честотни ленти
- Интегриране на PSD в определен честотен диапазон
- Дава енергия в тази лента
- Полезно за оценка на приноса на различни честотни диапазони
Предимства на PSD
Независимост на резолюцията
- Стойностите на PSD са сравними, независимо от резолюцията на FFT
- Позволява сравнение на исторически данни с различни настройки
- Стандартизира анализа между различни инструменти
Енергийно представяне
- Директно представлява разпределението на вибрационната енергия
- Квадратните стойности подчертават доминиращите честоти
- Естествено за енергиен анализ
Статистическа рамка
- PSD е основата на теорията за случайните вибрации
- Позволява вероятностен анализ
- Поддържа прогнозиране на умора на материала от произволно натоварване
Кога да използвате PSD
Използвайте PSD, когато:
- Анализиране на случайни вибрации или шум
- Сравняване на данни с различни честотни ленти за анализ
- Следвайки спецификациите на теста във формат PSD
- Характеризиране на процесите на широколентов достъп
- Необходим е анализ, базиран на енергия
Използвайте амплитуден спектър, когато:
- Рутинна диагностика на машини
- Идентифициране на дискретни честоти на повреди
- Тенденции в специфичните компоненти
- Стойности на амплитудата с пряко значение
Спектралната плътност на мощността е фундаментална концепция в анализа на случайни вибрации и осигурява спектрална характеристика, независима от честотната лента. Макар и по-рядко използвана от амплитудните спектри за рутинна диагностика на машини, спектралната плътност на мощността е от съществено значение за приложения със случайни вибрации, анализ на шум и всяка ситуация, изискваща сравнение на спектри, измерени с различни параметри на анализ или от различни инструменти.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 