Co je dynamický rozsah? Možnosti měření • Přenosný vyvažovač, analyzátor vibrací "Balanset" pro dynamické vyvažování drtičů, ventilátorů, mulčovačů, šneků na kombajnech, hřídelí, odstředivek, turbín a mnoha dalších rotorů Co je dynamický rozsah? Možnosti měření • Přenosný vyvažovač, analyzátor vibrací "Balanset" pro dynamické vyvažování drtičů, ventilátorů, mulčovačů, šneků na kombajnech, hřídelí, odstředivek, turbín a mnoha dalších rotorů

Co je dynamický rozsah? Rozsah měření

Publikováno uživatelem admin dne

Pochopení dynamického rozsahu

Definice: Co je dynamický rozsah?

Dynamický rozsah je poměr mezi největším a nejmenším signálem, který dokáže měřicí systém přesně zpracovat, obvykle vyjádřený v decibelech (dB). Například vibrace V měřicích systémech definuje dynamický rozsah rozsah od šumové podlahy (minimální detekovatelný signál) do bodu saturace (maximální signál před ořezáním nebo zkreslením). Široký dynamický rozsah umožňuje měřit jak velmi malé vibrace (rané vady ložisek), tak i velmi velké vibrace (závažná nevyváženost) se stejným nastavením přístroje.

Dynamický rozsah je zásadní, protože vibrace reálných strojů obsahují složky s širokým rozsahem amplitudy – od nárazů mikro-g vad ložisek až po síly nevyváženosti s více g. Dostatečný dynamický rozsah zajišťuje, že všechny diagnostické informace jsou zachyceny, aniž by zmizely v šumu nebo zahltily měřicí systém.

Matematický výraz

Vzorec

  • Dynamický rozsah (dB) = 20 × log₁₀ (maximální signál / minimální signál)
  • Příklad: Max. 10 V, Min. 1 mV → DR = 20 × log(10/0,001) = 80 dB
  • Decibelová stupnice kompaktně pojme obrovské poměry

Lineární poměr

  • Dynamický rozsah lze také vyjádřit jako jednoduchý poměr
  • 80 dB = poměr 10 000:1
  • 100 dB = poměr 100 000:1
  • 120 dB = poměr 1 000 000:1

Komponenty ovlivňující dynamický rozsah

Horní limit: Sytost

  • Sytost senzoru: Maximální vibrace před sepnutím výstupu senzoru
  • Sytost A/D převodníku: Maximální napětí před klipy digitalizátoru (±5 V, typicky ±10 V)
  • Sytost zesilovače: Fáze úpravy signálu se mohou ořezávat
  • Účinek: Signál dosahuje vrcholu, zkreslený průběh signálu, spektrum vykazuje falešné harmonické

Dolní limit: Šumová podlaha

  • Hluk senzoru: Inherentní elektrický šum v elektronice senzoru
  • Šum kabelu: Elektrické rušení v kabelech
  • Hluk nástroje: Elektronický šum v analyzátoru
  • Kvantizační šum: Z rozlišení A/D převodníku
  • Účinek: Signály pod úrovní šumu nerozeznatelné od šumu

Typické dynamické rozsahy

Senzory

  • Akcelerometry IEPE: Typicky 80–100 dB
  • Akcelerometry v režimu nabíjení: 100–120 dB
  • Převodníky rychlosti: 60–80 dB
  • Sondy pro měření přiblížení: 60–80 dB

Analyzátory a sběr dat

  • 16bitový analogově-číselný převodník: ~96 dB teoreticky, 80-90 dB prakticky
  • 24bitový analogově-číselný převodník: ~144 dB teoreticky, 110–120 dB prakticky
  • Moderní analyzátory: Typický dynamický rozsah systému 90–110 dB

Důležitost vibrační analýzy

Současné malé a velké signály

  • Spektrum může mít velký 1× vrchol (nevyváženost) a malé vrcholy poruch ložiska
  • Poměr může být 1000:1 nebo více (60 dB)
  • Dostatečný dynamický rozsah zajišťuje viditelné
  • Nedostatečný rozsah: malé vrcholy se ztrácejí v šumu nebo velké vrcholy se saturují

Analýza obálky

  • Vyžaduje detekci nízkoenergetických nárazů ložiska za přítomnosti vysokoenergetických nízkofrekvenčních vibrací
  • Široký dynamický rozsah je klíčový pro včasnou detekci vad ložisek
  • Pásmová propust sice pomáhá, ale dynamický rozsah je stále důležitý

Spektrální analýza

  • Chceme vidět jak dominantní vrcholy, tak i malé diagnostické vrcholy
  • Logaritmická amplitudová stupnice pomáhá vizualizovat široký rozsah
  • Dynamický rozsah určuje rozsah viditelný ve spektru

Optimalizace dynamického rozsahu

Nastavení zesílení

  • Upravte vstupní zesílení pro využití celého rozsahu A/D
  • Příliš nízký zisk: nízké rozlišení (limit šumu)
  • Příliš vysoký zisk: ořez (limit sytosti)
  • Optimální: signál vrcholí při 70-80% v plném rozsahu

Výběr senzoru

  • Vybrat citlivost odpovídající očekávané vibrace
  • Vysoká citlivost pro nízké vibrace
  • Nízká citlivost pro vysoké vibrace
  • Kompromisy, pokud je rozsah vibrací velmi široký

Filtrování

  • Hornofrekvenční filtr odstraňuje dominantní nízkofrekvenční složku
  • Umožňuje použití vyššího zesílení zbývajícího signálu
  • Efektivně zvyšuje dynamický rozsah pro analýzu vysokých frekvencí
  • Strategie použitá v analýze obálek

Praktické problémy

Sytost (Ořez)

  • Příznak: Plochý vrchol vlnového tvaru, falešné harmonické ve spektru
  • Příčina: Signál překračuje dosah systému
  • Řešení: Snižte zesílení, použijte senzor s nižší citlivostí, filtrujte velké komponenty
  • Prevence: Zkontrolujte indikátory ořezávání na přístroji

Omezení hluku

  • Příznak: Nelze detekovat malé změny vibrací, hlučné spektrum
  • Příčina: Signál je příliš blízko šumové hladiny
  • Řešení: Zvyšte zisk, použijte senzor s vyšší citlivostí, lepší kabel/uzemnění

Zobrazení a škálování

Lineární měřítko

  • Omezený efektivní dosah zobrazení (~40-50 dB)
  • Malé vrcholy neviditelné, pokud jsou přítomny velké vrcholy
  • Vhodné pro situace s omezeným dynamickým rozsahem

Logaritmická stupnice (dB)

  • Může zobrazit plný dynamický rozsah na jednom grafu
  • Viditelné malé i velké vrcholy
  • Standard pro analýzy vyžadující široký dynamický rozsah
  • Nezbytné pro podrobnou diagnostiku

Dynamický rozsah je základní specifikace definující schopnost měřicího systému zpracovávat signály v širokém rozsahu amplitud. Pochopení dynamického rozsahu, jeho optimalizace pomocí správného nastavení zesílení a výběru senzoru a rozpoznání jeho omezení umožňuje zachytit všechny diagnostické informace – od jemných časných poruchových signálů až po dominantní mechanické vibrace – v komplexních a spolehlivých měřeních vibrací.

← Zpět na hlavní index

Kategorie:
WhatsApp