Разбиране на вейвлет анализа
Вейвлет анализ е усъвършенствана техника за обработка на сигнали, използвана за анализ на вибрация сигнали, чието честотно съдържание се променя във времето. За разлика от традиционните Бързо преобразуване на Фурие (FFT), който е най-подходящ за стационарни сигнали с постоянна честотна характеристика, вейвлет-анализът ефективно улавя преходни събития, импулси и други нестационарни явления. Той е специализиран инструмент в вибрационна диагностика набор от инструменти — който се използва именно когато стандартният спектър falls short.
Той работи чрез разлагане на сигнала на набор от базисни функции, наречени „вълнички“. Всяка вълничка представлява кратък, колебаещ се пакет с вълнообразна форма, който е локализиран както във времето, така и във честотата. Тази двойна локализация — познаването както на какво frequency and когато — именно това придава на метода неговата отличителна сила.
1. Определение: Какво е вейвлет анализ?
Most everyday анализ на вибрациите предполага, че машината работи при постоянна скорост и натоварване, така че нейните вибрации са „стационарни“ и се описват добре с един-единствен спектър. Много от най-показателните неизправности обаче изобщо не са стационарни: те представляват кратки енергийни импулси, които се появяват и изчезват в рамките на един оборот. Вълновият анализ е създаден именно за такива сигнали. Вместо да се пита само кои честоти присъстват в целия запис, той плъзга вълни с различни размери по времева форма на сигнала, като измерва до каква степен всяка от тях съответства на сигнала във всеки момент. Късите вълни с висока честота определят точно моментите на резки промени във времето; дългите вълни с ниска честота разкриват бавните компоненти във честотната област.
2. Вейвлет анализ спрямо FFT
За да се оцени ползата от вейвлет анализа, е полезно да се разгледат ограниченията на БТФ:
- FFT (Бързо преобразуване на Фурие): FFT ви показва какво честотите са налице, но не дават информация за когато в момента на възникването им. Тя анализира цялата информация наведнъж, като предоставя отлична честота разделителна способност, но нулева времева разделителна способност.
- Вейвлет анализ: Вълновият анализ ви показва както кои честоти са налице, така и кога. Той създава „времево-честотна“ карта на сигнала, която показва как се променя спектралното съдържание по време на измерването.
Представете си сигнал, съдържащ кратко „щракване“ от счупен зъб на зъбно колело. Фурье-трансформацията (FFT) може да покаже само леко повишение на широколентовата енергия, тъй като щракването се усреднява за целия запис. В контраст с това, вейвлет-анализът дава график, който ясно показва изблик на високочестотна енергия точно в момента, в който се е чуло щракването. Това е практическото предимство: той запазва времевата последователност на събитията, която Фурье-трансформацията размива. По своята същност той е тясно свързан с анализ на поръчките, което разглежда и сигналите, при които обичайната представа за фиксирана честота вече не важи.
3. Скалограмата: Времево-честотна карта
Най-често срещаният резултат от уейвлет анализа е скалограма (или подобна времево-честотна диаграма) — двуизмерна цветна карта, при която:
- Оста X представлява времето.
- Y-оста представлява честотата (или мащаба).
- Цветът символизира амплитуда или енергията на вибрацията в този конкретен момент и с тази честота.
Тази визуализация улеснява откриването на преходни събития, които биха останали скрити в стандартния спектър. Вертикална линия с „ярък“ цвят на скалограмата, например, отбелязва широколентово събитие, като сблъсък, настъпил в един конкретен момент — визуален отпечатък на локализиран, повтарящ се разлом. От концептуална гледна точка скалограмата допълва други усъвършенствани визуализации като водопаден парцел, която проследява как се променя спектърът при множество последователни средни стойности или скорости.
4. Приложения във вибрационната диагностика
Вейвлет анализът обикновено не се използва за рутинни цели. мониторинг на вибрациитено е мощен инструмент за разширена диагностика в специфични ситуации:
- Анализ на скоростната кутия: изключително ефективен при откриването на локализирани дефекти, като например един напукан или счупен зъб, който предизвиква ясно доловим удар при всяко завъртане.
- Дефект на лагера Анализ: способен да открива отделните въздействия, причинени от преминаването на търкалящ се елемент върху изпъкналост, особено при машини с много ниска скорост, където конвенционалните анализ на обвивката може да бъде предизвикателство.
- Преходно събитие Анализ: идеален за сигнали при стартиране и спиране на машини или при всеки процес, при който характеристиките на скоростта и вибрациите се променят постоянно.
- Структурен анализ: полезен за анализиране на реакцията на конструкцията при удар — а тест за удар — за да разберем неговата затихване и собствени честоти.
5. Практическо приложение и ограничения
Вълновият анализ е по-компютърно-интензивен от БФТ, а интерпретирането на скалограма изисква повече опит, отколкото четенето на линейно спектър. Поради тези причини той се използва в допълнение към, а не вместо, ежедневните методи. При ежедневното откриване на неизправности все още се разчита на БФТ спектъра, общите нива и анализа на огибащата; вълновите методи се прилагат, когато тези инструменти сигнализират за нещо необичайно, но не могат да го локализират във времето. На място самите данни се събират с преносим инструмент — двуканален анализатор, като например Балансет-1а записва висококачествени времеви сигнали, регистрирани в самите лагери на машината при работна скорост, от които зависи всяко последващо времево-честотно изследване. Съвременният софтуер обаче превърна вейвлет анализа в достъпен и ценен ресурс за опитните анализатори, работещи със сложни, нестационарни сигнали.
