Kohärenz verstehen

1. Definition: Was ist Kohärenz?

Kohärenz (auch Kohärenzfunktion genannt) ist ein Signalverarbeitungswerkzeug, das in Schwingungsanalyse um die Qualität und Gültigkeit einer Messung zu bestimmen. Es handelt sich um einen Wert zwischen 0 und 1, der angibt, wie viel des Ausgangssignals bei einer bestimmten Frequenz direkt durch das Eingangssignal verursacht wird.

• Eine Kohärenz von 1.0 bei einer bestimmten Frequenz bedeutet, dass zwischen den beiden Signalen eine perfekte lineare Beziehung besteht. 100% der Ausgabe bei dieser Frequenz wird durch die Eingabe verursacht.
• Eine Kohärenz von 0.5 bedeutet, dass nur 50% der Energie des Ausgangssignals bei dieser Frequenz linear mit dem Eingangssignal zusammenhängt. Die anderen 50% sind auf andere Faktoren wie Rauschen, Nichtlinearitäten oder andere nicht gemessene Eingaben zurückzuführen.
• Eine Kohärenz von 0.0 bedeutet, dass zwischen den beiden Signalen bei dieser Frequenz überhaupt keine lineare Beziehung besteht.

Die Kohärenz wird mithilfe der Kreuzleistungsspektraldichte berechnet und erfordert einen Mehrkanalanalysator, der zwei Signale gleichzeitig messen kann.

2. Primäre Verwendungen von Kohärenz

Kohärenz wird hauptsächlich in zwei Schlüsselbereichen eingesetzt:

a) Validierung Frequenzgangfunktion (FRF) Messungen

Dies ist die häufigste und kritischste Anwendung der Kohärenz. Bei der Durchführung eines Stoßtests (oder Bump-Tests) zur Messung einer FRF ist das Kohärenzdiagramm für die Beurteilung der Datenqualität von entscheidender Bedeutung.

• Gute Messung: Für eine gültige FRF sollte die Kohärenz bei den den Resonanzspitzen entsprechenden Frequenzen sehr nahe bei 1,0 liegen. Eine hohe Kohärenz (z. B. >0,95) gibt dem Analytiker die Gewissheit, dass die gemessene Reaktion tatsächlich durch den Hammerschlag und nicht durch Hintergrundvibrationen oder Messrauschen verursacht wurde.
• Schlechte Messung: Wenn die Kohärenz an einer Resonanzspitze deutlich abfällt, deutet dies auf eine schlechte Messung hin. Dies kann auf einen schwachen Hammerschlag, eine laute Umgebung oder eine nichtlineare Strukturreaktion zurückzuführen sein. Der Analytiker sollte die Daten dieses Aufpralls verwerfen und es erneut versuchen. Bei Antiresonanzen (den „Tälern“ der FRF) ist die Kohärenz naturgemäß niedrig, was normal ist.

b) Quellenidentifizierung

Mithilfe von Coherence lässt sich feststellen, ob die Vibration einer Maschine die Vibration einer anderen Maschine verursacht. Beispiel: Wenn Sie eine Pumpe und einen Motor auf einem gemeinsamen Sockel haben und vermuten, dass der Motor die Vibrationen der Pumpe verursacht:

• Verfahren: Platz eins Beschleunigungsmesser am Motor (Eingang) und ein zweiter Beschleunigungsmesser an der Pumpe (Ausgang). Messen Sie beide Signale gleichzeitig und berechnen Sie die Kohärenz.
• Interpretation: Wenn die Kohärenz am Motor hoch ist Laufgeschwindigkeitist dies ein starker Hinweis darauf, dass die Vibrationen über die gemeinsame Struktur vom Motor auf die Pumpe übertragen werden. Ist die Kohärenz gering, werden die Vibrationen der Pumpe wahrscheinlich durch eigene Probleme (z. B. Unwucht der Pumpe, Kavitation) und nicht durch den Motor verursacht.

3. Faktoren, die die Kohärenz verringern

Mehrere Faktoren können dazu führen, dass der Kohärenzwert unter 1,0 liegt:

• Messrauschen: Verunreinigung des Eingangs- oder Ausgangssignals durch Fremdrauschen.
• Nichtlineare Systeme: Kohärenz misst nur die *lineare* Beziehung. Wenn das System nichtlinear ist (z. B. aufgrund von Lockerheit, Rissen oder Fluid-Struktur-Wechselwirkungen), ist die Kohärenz gering, selbst wenn eine kausale Beziehung besteht.
• Zeitverzögerungen: Eine erhebliche Zeitverzögerung zwischen den Eingangs- und Ausgangssignalen kann die Kohärenz verringern.
• Andere nicht gemessene Eingaben: Wenn die Ausgabe von mehr als einer Quelle verursacht wird und Sie nur eine davon als Eingabe messen, ist die Kohärenz gering.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kohärenzfunktion ein wichtiges Qualitätskontrollinstrument für fortgeschrittene Schwingungsmessungen ist, das Vertrauen in die Gültigkeit von FRF-Daten schafft und bei der Identifizierung von Schwingungsübertragungspfaden hilft.

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