Cepstrumanalyse i vibrationsdiagnostik

Definition: Hvad er et Cepstrum?

Cepstrum-analyse er en avanceret signalbehandlingsteknik, der giver information om periodiske strukturer inden for et frekvensspektrum. Navnet "cepstrum" er et anagram for "spectrum", hvilket antyder dets natur: det er i realiteten "spektret af et spektrum". Det beregnes ved at tage logaritmen af et frekvensspektrum og derefter udføre en invers Fourier-transformation på resultatet. Denne proces fremhæver periodiske mønstre i spektret, såsom familier af harmoniske eller sidebånd, som kan være vanskelige at skelne ved at se direkte på spektret.

I cepstrum-plottet kaldes x-aksen quefrency (et anagram over frekvens) og har tidsenheder. Toppe på denne akse, kaldet rahmonics, angiver perioden (i sekunder) for de gentagne mønstre i det oprindelige spektrum.

Hvorfor bruge Cepstrum-analyse?

Selvom et standard FFT-spektrum er fremragende til at identificere individuelle frekvenskomponenter, kan det blive rodet og vanskeligt at fortolke, når en maskinfejl genererer et stort antal harmoniske og sidebånd. Cepstrum-analyse forenkler dette ved at konsolidere en hel familie af gentagne frekvenser til en enkelt, klar top. Dets primære anvendelser er:

• Detektering af harmoniske familier: Den kan nemt identificere en grundfrekvens og dens harmoniske, selvom selve grundtonen er svag eller fraværende i spektret.
• Identifikation af sidebåndsfamilier: Den udmærker sig ved at finde sidebånd, som ofte har lav amplitude og er begravet i støj. Cepstrum kan tydeligt vise tilstedeværelsen af sidebånd og måle deres afstand.
• Adskillelse af kilde- og stieffekter: I nogle anvendelser kan det hjælpe med at adskille vibrationskildens signal fra maskinens strukturelle respons.
• Ekko-detektion: Den kan identificere ekkoer eller refleksioner i et signal.

Nøgleapplikationer inden for maskindiagnostik

1. Gearkassediagnostik

Dette er den mest almindelige og effektive anvendelse af cepstrum-analyse. En beskadiget tand vil modulere gearindgrebsfrekvensen (GMF), hvilket skaber sidebånd omkring GMF-toppen fordelt med gearets rotationshastighed. I en kompleks gearkasse med flere aksler og gear kan spektret være en forvirrende blanding af forskellige GMF'er og sidebånd. Cepstrum skærer igennem denne kompleksitet:

• En top i cepstrummen ved den frekvens, der svarer til gearets rotationsperiode (1 / o/min) er en klar indikator for en fejl på det specifikke gear.
• Amplituden af cepstrum-toppen kan trendes for at overvåge udviklingen af gearsliddet.

2. Analyse af rullelejer

Ligesom med gearkasser genererer lejefejl også sidebånd. For eksempel vil en defekt på den indre løbering skabe sidebånd, der er fordelt med akselhastigheden omkring den indre løberings defektfrekvens (BPFI) og dens harmoniske. Cepstrummen kan hjælpe med at bekræfte tilstedeværelsen af disse mønstre, især når de ikke er tydelige i spektret.

3. Analyse af turbomaskiner

I turbiner og kompressorer kan cepstrum bruges til at identificere harmoniske svingninger i bladpassagefrekvensen og diagnosticere problemer relateret til bladskader eller aerodynamiske problemer.

Sådan fortolker du et Cepstrum-plot

1. Beregn rotationsperioder: Før du ser på cepstrummen, skal du beregne tidsperioderne for de vigtigste roterende komponenter (f.eks. for en aksel ved 1800 o/min eller 30 Hz er perioden 1/30 = 0,033 sekunder).
2. Se efter toppe i kendte perioder: Undersøg cepstrumet for signifikante toppe (rahmoniske), der stemmer overens med disse beregnede tidsperioder.
3. Identificér harmoniske: Se efter toppe ved heltalsmultipla af grundfrekvensen. Disse indikerer tilstedeværelsen af stærke harmoniske familier i det oprindelige spektrum.
4. Trendamplituder: Overvåg amplituden af cepstrum-toppene over tid. En stigende amplitude indikerer en forværret tilstand.

Cepstrum-analyse er et kraftfuldt værktøj, der kræver erfaring for at blive brugt effektivt, men for komplekse maskiner som gearkasser kan det give diagnostisk klarhed, der er uovertruffen ved spektrumanalyse alene.

← Tilbage til hovedindekset