Forståelse af effektspektraltæthed
Definition: Hvad er effektspektraldensitet?
Effektspektraltæthed (PSD) er en repræsentation af vibrationer Energifordeling på tværs af frekvens, udtrykt som energi pr. frekvensbåndbreddeenhed (enheder: (m/s²)²/Hz for acceleration, (mm/s)²/Hz for hastighed). I modsætning til en standard amplitudespektrum som viser amplituden ved hver frekvens, viser PSD, hvordan vibrationseffekten er fordelt på tværs af frekvensen, med værdier normaliseret af frekvensopløsningsbåndbredden. Denne normalisering gør PSD uafhængig af analysebåndbredden, hvilket muliggør meningsfuld sammenligning mellem spektre målt med forskellige opløsningsindstillinger.
PSD er særligt vigtig til analyse af tilfældige vibrationer (hvor energi fordeles kontinuerligt på tværs af frekvens i stedet for koncentreret ved diskrete toppe), til støjanalyse og til applikationer, der kræver båndbreddeuafhængig spektral karakterisering, såsom vibrationstestning og miljøkvalificering.
PSD vs. amplitudespektrum
Amplitudespektrum
- Viser vibrationer amplitude ved hver frekvens
- Enheder: mm/s, m/s², mils osv.
- Peak-amplituder ved diskrete frekvenser (ubalance, lejefejl)
- Værdierne afhænger af FFT-opløsningsbåndbredden
- Standarddisplay til maskindiagnostik
Effektspektraltæthed
- Viser vibrationseffekt pr. Hz båndbredde
- Enheder: (mm/s)²/Hz, (m/s²)²/Hz osv.
- Energifordeling på tværs af frekvens
- Uafhængig af analysebåndbredde
- Standard for analyse af tilfældige vibrationer
Forhold
- PSD = (Amplitude)² / Δf
- Hvor Δf = frekvensopløsning (binbredde)
- Kvadrering understreger store amplituder
- Normalisering gør båndbreddeuafhængig
Applikationer
1. Analyse af tilfældige vibrationer
Primær PSD-applikation:
- Tilfældige processer: Turbulens, vejvibrationer, seismisk, akustisk
- Kontinuerlige spektre: Energi fordelt på tværs af frekvens, ikke diskrete toppe
- Statistisk beskrivelse: PSD beskriver tilfældig procesenergifordeling
- Standardformat: Specifikationer for vibrationstest i PSD
2. Karakterisering af bredbåndsstøj
- Kavitation støj i pumper
- Turbulent strømningsstøj i ventilatorer
- Aerodynamisk støj
- Karakterisering af lejestøj
3. Båndbreddeuafhængig sammenligning
- Sammenlign spektre målt med forskellige FFT-indstillinger
- Data fra forskellige instrumenter eller opløsninger
- Historiske data med forskellige analyseparametre
- PSD-værdier direkte sammenlignelige uanset båndbredde
4. Miljøtestning
- Specifikationer for vibrationstest angivet som PSD vs. frekvens
- Shakerbordstyring baseret på PSD
- Produktkvalifikationstestning
- Standarder for stød og vibrationer
Beregning af PSD
Fra FFT
- Beregn FFT af vibrationssignal
- Kvadratér hver amplitudeværdi
- Divider med frekvensopløsningen (Δf = Fmax / Antal linjer)
- Resultat: PSD i (enheder)²/Hz
Enheder
- Acceleration PSD: (m/s²)²/Hz eller g²/Hz
- Hastighed PSD: (mm/s)²/Hz eller (tommer/s)²/Hz
- Forskydnings-PSD: (µm)²/Hz eller (mils)²/Hz
- Ofte plottet: Logaritmisk skala (dB i forhold til reference)
Fortolkning af PSD-plot
Fladt spektrum (hvid støj)
- Konstant PSD på tværs af frekvens
- Lige energi pr. Hz ved alle frekvenser
- Karakteristik af bredbånds tilfældig vibration
- Eksempel: Ideel tilfældig vibration til testning
Skrånende spektrum (farvet støj)
- PSD varierer med frekvensen
- Stigende hældning: mere energi ved høje frekvenser
- Faldende hældning: mere energi ved lave frekvenser (almindelig i maskiner)
- Hældningen angiver frekvensfordelingen af energi
Toppe i PSD
- Diskrete frekvenskomponenter fremstår som toppe over det generelle niveau
- Resonanser viser sig som forhøjede PSD-regioner
- Kan identificere dominerende frekvenser, der bidrager til energi
Forholdet til RMS og total energi
Total energi fra PSD
- Integrer PSD på tværs af frekvensområdet
- Resultat: Gennemsnitlig kvadratisk værdi
- Kvadratroden giver RMS-værdien
- RMS = √[∫ PSD(f) df]
Energi i frekvensbånd
- Integrer PSD over et specifikt frekvensområde
- Giver energi i det band
- Nyttig til at vurdere bidraget fra forskellige frekvensområder
Fordele ved PSD
Resolutionsuafhængighed
- PSD-værdier sammenlignelige uanset FFT-opløsning
- Muliggør sammenligning af historiske data med forskellige indstillinger
- Standardiserer analyser på tværs af forskellige instrumenter
Energirepræsentation
- Repræsenterer direkte vibrationsenergifordeling
- Kvadratiske værdier fremhæver dominerende frekvenser
- Naturlig til energibaseret analyse
Statistisk ramme
- PSD er grundlaget for teorien om tilfældige vibrationer
- Muliggør probabilistisk analyse
- Understøtter forudsigelse af udmattelseslevetid fra tilfældig belastning
Hvornår skal man bruge PSD
Brug PSD når:
- Analyse af tilfældig vibration eller støj
- Sammenligning af data med forskellige analysebåndbredder
- Følgende testspecifikationer i PSD-format
- Karakterisering af bredbåndsprocesser
- Energibaseret analyse kræves
Brug amplitudespektrum når:
- Rutinemæssig maskindiagnostik
- Identifikation af diskrete fejlfrekvenser
- Trendende specifikke komponenter
- Amplitudeværdier, der er direkte meningsfulde
Effektspektraltæthed er et grundlæggende koncept inden for analyse af tilfældige vibrationer og giver båndbreddeuafhængig spektral karakterisering. Selvom det er mindre almindeligt anvendt end amplitudespektre til rutinemæssig maskindiagnostik, er PSD afgørende for anvendelser af tilfældige vibrationer, støjanalyse og enhver situation, der kræver sammenligning af spektre målt med forskellige analyseparametre eller fra forskellige instrumenter.
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 