Forståelse af integration i vibrationsanalyse

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,358.31

Dele

Vibrationssensor

$107.47

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$148.07

Enheder

Balanset-4

$8,123.32

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.93

Dele

Reflekterende tape

$11.94

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definition: Hvad er integration?

Integration i vibrationer Analyse er den matematiske proces med at konvertere vibrationsmålinger fra én parameter til en anden ved at udføre integration i tidsdomænet eller dividere med frekvens i frekvensdomænet. Integration konverterer oftest acceleration (målt ved Accelerometre) til hastighed, eller hastighed til forskydning. Da acceleration, hastighed og forskydning er relateret gennem kalkulus (hastighed = ∫acceleration dt; forskydning = ∫hastighed dt), tillader integration at udtrykke vibration i den mest passende parameter til applikationen og frekvensområdet.

Integration er afgørende, fordi forskellige vibrationsparametre er optimale til forskellige formål: acceleration til højfrekvensanalyse (lejefejl), hastighed til generel maskintilstand (ISO-standarder) og forskydning til lavhastighedsudstyr og vurdering af frigang.

Matematiske forhold

Tidsdomæneintegration

• Hastighed fra acceleration: v(t) = ∫ a(t) dt
• Forskydning fra hastighed: d(t) = ∫ v(t) dt
• Forskydning fra acceleration: d(t) = ∫∫ a(t) dt dt (dobbelt integration)

Frekvensdomæneintegration

Enklere i frekvensdomænet:

• Hastighed fra acceleration: V(f) = A(f) / (2πf)
• Forskydning fra hastighed: D(f) = V(f) / (2πf)
• Resultat: Divider med frekvens, så lave frekvenser forstærkes, høje frekvenser reduceres

Hvorfor integration er nødvendig

Sensorbegrænsninger

• Accelerometre er de mest alsidige og almindelige sensorer
• Men acceleration er ikke altid den bedste parameter til analyse
• Integration muliggør brug af accelerometer til alle parametertyper
• Mere økonomisk end flere sensortyper

Parametervalg efter frekvens

• Højfrekvens (>1000 Hz): Bedste acceleration (lejefejl)
• Mellemfrekvens (10-1000 Hz): Bedste hastighed (generelt maskineri, ISO-standarder)
• Lavfrekvens (< 10 Hz): Bedste forskydning (lavhastighedsudstyr, frihøjde)
• Integration: Muliggør brug af optimale parametre for hvert frekvensområde

Standardkrav

• ISO 20816 specificerer RMS-hastighed
• Hvis man måler acceleration, skal den integreres med hastigheden
• Nærhedssondemålinger i forskydning skal konverteres for hastighedssammenligning

Integrationsudfordringer

Lavfrekvent drift

Det primære integrationsproblem:

• Enhver DC-offset eller meget lavfrekvent komponent
• Integration forstærker lave frekvenser (dividerer med små tal)
• Skaber enorme lavfrekvente fejl
• Signalet "driver" ud af skalaen
• Løsning: Højpasfilter før integration (typisk 2-10 Hz cutoff)

Støjforstærkning

• Integration er 1/f-operation (forstærker lave frekvenser)
• Lavfrekvent støj forstærkes mere end signalet
• Kan forringe signal-støj-forholdet
• Løsning: Filterstøj før integration

Dobbeltintegrationssammensatte fejl

• Acceleration til forskydning kræver dobbelt integration
• Fejl mangedobles
• Meget følsom over for DC-offset og lavfrekvent støj
• Aggressiv højpasfiltrering er essentiel (typisk 10-20 Hz)

Korrekt integrationsprocedure

Enkelt integration (acceleration til hastighed)

1. Optag signal: Indsaml accelerationsdata med passende samplingshastighed
2. Fjernelse af DC: Fjern enhver DC-forskydning
3. Højpasfilter: Påfør HPF ved 2-10 Hz for at fjerne drift
4. Integrere: Udfør integration (divider med 2πf i frekvensdomænet)
5. Verificere: Kontroller resultatet for rimelige værdier og ingen afvigelse

Dobbelt integration (acceleration til forskydning)

1. Aggressiv HPF: 10-20 Hz afskæring (højere end enkelt integration)
2. Første integration: Acceleration → hastighed
3. Bekræft mellemliggende: Tjek hastighedsresultatet
4. Anden integration: Hastighed → forskydning
5. Endelig verifikation: Bekræft rimelig forskydning

Frekvensdomæne vs. tidsdomæne

Frekvensdomæneintegration (foretrukket)

• Metode: FFT → divider med 2πf → invers FFT
• Fordele: Ligetil, ingen kumulative fejl, nem filtrering at anvende
• Implementering: Standard i moderne analysatorer
• Resultat: Ren, præcis integration

Tidsdomæneintegration

• Metode: Numerisk integration (trapezformet regel, Simpsons regel)
• Udfordringer: Kumulative fejl, afdrift, mere kompleks filtrering
• Bruge: Når frekvensdomænet ikke er praktisk

Praktiske anvendelser

Overholdelse af standarder

• Konverter accelerometermålinger til hastighed for ISO 20816-sammenligning
• Konverter nærhedssondeforskydning til hastighed
• Sikrer ensartet sammenligning på tværs af sensortyper

Lavhastighedsmaskineri

• Ved lave hastigheder (< 500 o/min.), bliver acceleration og hastighed små
• Forskydning mere meningsfuld
• Integrer acceleration til forskydning til analyse

Multiparameteranalyse

• Se samme vibration som acceleration, hastighed OG forskydning
• Hver parameter fremhæver forskellige frekvensområder
• Omfattende forståelse af vibrationsegenskaber

Almindelige fejl

Integration uden filtrering

• Resulterer i afdrift og fejl
• Ubrugelige forskydningsværdier
• Brug altid højpasfilter før integration

Forkert afskæringsfrekvens

• For lavt: driftproblemer
• For høj: gyldige lave frekvenser fjernet
• Skal afveje driftforebyggelse kontra signalbevarelse

Sammenligning af blandede parametre

• Sammenlign ikke acceleration med hastighed direkte
• Konverter til samme parameter før sammenligning
• Frekvensindhold påvirker hvilken parameter der viser højere værdier

Integration er en fundamental signalbehandlingsoperation i vibrationsanalyse, der muliggør konvertering mellem accelerations-, hastigheds- og forskydningsmålinger. Korrekt integrationsteknik – herunder passende højpasfiltrering for at forhindre drift og forståelse af implementering af frekvensdomænet – er afgørende for nøjagtig konvertering af vibrationsparametre, overholdelse af standarder og omfattende multiparameteranalyse af maskineriets tilstand.

---

← Tilbage til hovedindekset