Principy automatického spektra
Definice: Co je Auto-Spectrum?
Auto-spektrum (také nazývané autospektrum, výkonové spektrum nebo jednoduše spektrum) je reprezentace jednoho signálu ve frekvenční doméně vibrace signál, ukazující rozložení vibrační energie nebo amplituda jako funkce frekvence. Vypočítá se vezmeme-li v úvahu Rychlá Fourierova transformace (FFT) signálu a zobrazení velikosti každé frekvenční složky. Termín “autospektrum” jej odlišuje od křížového spektra (které vztahuje dva různé signály) a zdůrazňuje, že se jedná o spektrum signálu samotného.
V praxi je autospektrum to, co většina lidí jednoduše nazývá “spektrum” nebo “FFT spektrum” – je to standardní zobrazení frekvenční analýzy ve vibračních analyzátorech, které ukazuje vrcholy na nevyváženost, frekvence poruch ložisek, ozubený záběr a další diagnostické komponenty. Pochopení toho, že se technicky jedná o automatické spektrum, se stává důležitým při práci s vícekanálovou analýzou, kde vstupují do hry křížová spektra a další korelační funkce.
Matematický základ
Výpočetní metody
Přímá FFT
- Výpočet rychlé převodu (FFT) časového signálu
- Vypočítejte velikost každé komplexní složky FFT
- Zobrazení magnitudy vs. frekvence
- Nejběžnější a nejpřímější
Prostřednictvím autokorelace
- Výpočet autokorelační funkce signálu
- Proveďte FFT autokorelace
- Výsledkem je autospektrum (Wiener-Khinchinův teorém)
- Matematicky ekvivalentní, ale výpočetně odlišná trasa
Průměrování
- Více automatických spekter vypočítaných ze sekvenčních časových záznamů
- Zprůměrováno dohromady pro snížení šumu a zlepšení statistické spolehlivosti
- Typické: 4–16 průměrů pro diagnostiku strojů
- Více průměrů pro náhodné vibrace (50-100+)
Vlastnosti a charakteristiky
Skutečně oceněný
- Autospektrum je vždy reálné (bez imaginární části)
- Představuje pouze velikost, ne fáze informace
- Výpočet fázové ztráty ve výpočet magnitudy
- Dostatečné pro většinu jednobodových diagnostických metod
Vždy pozitivní
- Hodnoty vždy ≥ 0 (veličina na druhou nebo magnituda)
- Nemůže mít záporné spektrální hodnoty
- Představuje energii nebo sílu (ze své podstaty pozitivní)
Symetrický (pro reálné signály)
- Autospektrum reálného signálu symetrické kolem Nyquistovy frekvence
- Negativní frekvence zrcadlí kladné frekvence
- Zobrazují se pouze kladné frekvence (obsahují všechny informace)
Auto-Spectrum v diagnostice strojů
Standardní diagnostický displej
- Co technici nazývají “spektrum” nebo “FFT”
- Zobrazuje všechny složky vibrační frekvence
- Identifikované vrcholy a porovnány s typy poruch
- Primární nástroj pro diagnostiku závad
Typické vlastnosti
- 1× Vrchol: Nevyváženost nebo jiné zdroje 1×
- 2× Vrchol: Nesprávné zarovnání nebo vůle
- Ložiskové frekvence: BPFO, BPFI, BSF, FTF
- Síť ozubených kol: Frekvence záběru zubů
- Elektrický: 2× síťová frekvence (120/100 Hz)
- Prahová hodnota šumu: Úroveň pozadí z náhodných vibrací a šumu
Auto-Spectrum vs. Cross-Spectrum
Auto-Spectrum (jeden kanál)
- Spektrum jednoho signálu
- Zobrazuje frekvenční obsah
- Žádné informace o fázi
- Dostatečné pro většinu diagnostických postupů
- Standardní jednokanálová FFT
Cross-Spectrum (dvoukanálový)
- Vztah mezi dvěma signály
- Zobrazuje běžný frekvenční obsah
- Zahrnuje fázový vztah
- Používá se v analýze přenosových funkcí, koherence
- Vyžaduje dva synchronizované kanály
Průměrování automatických spekter
Lineární průměrování
- Aritmetický průměr více autospekter
- Snižuje náhodné kolísání šumu
- Zlepšuje odhad skutečného spektra
- Standard pro analýzu strojů
Exponenciální průměrování
- Vážený průměr dává větší váhu nedávným spektrům
- Užitečné pro sledování měnících se podmínek
- Aplikace pro monitorování v reálném čase
Udržení vrcholu (maximální spektrum)
- Každý frekvenční koš obsahuje maximální hodnotu
- Zachycuje přechodné složky
- Užitečné pro analýzu spouštění/vypínání
Formáty zobrazení
Lineární měřítko
- Lineární osa Y (mm/s, m/s² atd.)
- Snadno čitelné absolutní hodnoty
- Malé vrcholy mohou být neviditelné, pokud jsou přítomny velké vrcholy
- Běžné pro rutinní analýzu
Logaritmická stupnice (dB)
- Osa Y v decibelech (20 log (amplituda/referenční hodnota))
- Viditelný široký dynamický rozsah
- Viditelné malé i velké vrcholy
- Běžné pro výzkum a podrobnou analýzu
Frekvenční osa
- Lineární: Stejné rozteče Hz, standard pro stroje
- Logaritmický: Stejné oktávové rozteče, užitečné pro široké frekvenční rozsahy
Ukazatele kvality
Spektrální kvalita
- Čisté spektrum: Jasné vrcholy, nízká hladina šumu
- Šumivé spektrum: Vysoké pozadí, nejasné vrcholy
- Průměrování: Zlepšuje kvalitu snížením hluku
- Usnesení: Dostatečné k oddělení blízkých vrcholů
Indikátory přetížení
- Kontrola přetížení signálu během akvizice
- Přetížení vytváří falešné spektrální složky
- Upravte vstupní zesílení, pokud dojde k přetížení
Autospektrum je základní nástroj pro frekvenční analýzu ve vibrační diagnostice a představuje jednokanálovou FFT, kterou technici denně používají k identifikaci poruch a posouzení stavu. Pochopení toho, že “spektrum” je technicky autospektrum a jak se vztahuje ke křížovým spektrům a dalším technikám spektrální analýzy, poskytuje základ pro pokročilou vícekanálovou analýzu a komplexní diagnostiku strojů.
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 