Ο FFT (Ταχύς Μετασχηματισμός Φουριέ) στην Ανάλυση Δονήσεων

Ορισμός: Τι είναι ένα FFT;

Το Γρήγορος Μετασχηματισμός Φουριέ (FFT) είναι ένας εξαιρετικά αποτελεσματικός μαθηματικός αλγόριθμος που χρησιμοποιείται για τον μετασχηματισμό ενός σήματος από το πεδίο του χρόνου στο πεδίο της συχνότητας. Στην ανάλυση δονήσεων, αυτό σημαίνει μετατροπή ενός ακατέργαστου, σύνθετου κυματομορφή χρόνου (ένα διάγραμμα του πλάτους της δόνησης σε συνάρτηση με τον χρόνο) σε ένα φάσμα συχνοτήτων (ένα διάγραμμα πλάτους δόνησης έναντι συχνότητας). Αυτός ο μετασχηματισμός είναι η πιο σημαντική και θεμελιώδης διαδικασία στη σύγχρονη διαγνωστική μηχανημάτων.

Γιατί είναι απαραίτητο το FFT για τη διάγνωση;

Μια ακατέργαστη κυματομορφή χρόνου από μια μηχανή που λειτουργεί είναι ένα σύνθετο συνονθύλευμα πολλών διαφορετικών δονήσεων που συμβαίνουν όλες ταυτόχρονα. Είναι σχεδόν αδύνατο να εξετάσουμε αυτό το σήμα και να προσδιορίσουμε την κατάσταση της μηχανής. Το FFT λειτουργεί σαν πρίσμα, διαχωρίζοντας αυτό το σύνθετο σήμα στα επιμέρους στοιχεία συχνότητας. Το αποτέλεσμα είναι ένα σαφές, εφαρμόσιμο διάγραμμα που επιτρέπει σε έναν αναλυτή να δει:

• Ποιες συχνότητες υπάρχουν;
• Πόση ενέργεια (πλάτος) υπάρχει σε κάθε συχνότητα;
• Ποια είναι η σχέση μεταξύ αυτών των συχνοτήτων;

Επειδή διαφορετικά μηχανικά και ηλεκτρικά σφάλματα (όπως ανισορροπία, κακή ευθυγράμμιση, ελαττώματα ρουλεμάν και χαλαρότητα) παράγουν το καθένα κραδασμούς σε πολύ συγκεκριμένες, προβλέψιμες συχνότητες, το φάσμα FFT παρέχει έναν άμεσο χάρτη πορείας για την αιτία ενός προβλήματος.

Βασικές παράμετροι μιας ανάλυσης FFT

Για να αποκτήσει ένα χρήσιμο φάσμα FFT, ένας αναλυτής κραδασμών πρέπει να ορίσει αρκετές βασικές παραμέτρους στον συλλέκτη δεδομένων ή στο λογισμικό:

1. Fmax (Μέγιστη Συχνότητα)

Αυτή είναι η υψηλότερη συχνότητα που θα συμπεριληφθεί στο φάσμα. Πρέπει να ρυθμιστεί αρκετά υψηλά ώστε να καταγράφει το σφάλμα υψηλότερης συχνότητας που αναζητάτε (π.χ., τόνοι πλέγματος γραναζιών ή ρουλεμάν υψηλής συχνότητας).

2. Ανάλυση (Γραμμές Ανάλυσης)

Αυτό καθορίζει το επίπεδο λεπτομέρειας στο φάσμα. Ορίζεται ως ο αριθμός των διακριτών «bins» συχνότητας ή σημείων δεδομένων που θα υπολογιστούν σε όλο το Fmax. Ένας μεγαλύτερος αριθμός γραμμών (π.χ., 3200 ή 6400) έχει ως αποτέλεσμα καλύτερη ανάλυση συχνότητας, που σημαίνει την ικανότητα διαχωρισμού δύο συχνοτήτων δόνησης που βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους. Η υψηλή ανάλυση είναι κρίσιμη για τη διάγνωση συχνοτήτων παλμού ή την ανάλυση πλευρικών ζωνών στην ανάλυση κιβωτίου ταχυτήτων.

3. Υπολογισμός μέσου όρου

Επειδή οι κραδασμοί της μηχανής μπορούν να παρουσιάζουν διακυμάνσεις, ένα μόνο «στιγμιότυπο» FFT μπορεί να είναι παραπλανητικό. Η μέση τιμή περιλαμβάνει τη λήψη πολλαπλών FFT σε γρήγορη διαδοχή και στη συνέχεια τη συνολική μέση τιμή τους. Αυτή η διαδικασία μειώνει τον τυχαίο θόρυβο και παρέχει ένα πολύ πιο σταθερό, επαναλήψιμο και αντιπροσωπευτικό φάσμα της πραγματικής κατάστασης της μηχανής.

4. Παράθυρα

Μια συνάρτηση παραθύρου (όπως η Hanning) είναι μια μαθηματική στάθμιση που εφαρμόζεται στα δεδομένα κυματομορφής χρόνου πριν υπολογιστεί το FFT. Είναι μια τεχνική επεξεργασίας σήματος που χρησιμοποιείται για την ελαχιστοποίηση ενός σφάλματος που ονομάζεται «φασματική διαρροή», διασφαλίζοντας ότι το πλάτος και η συχνότητα των σημάτων στο φάσμα είναι όσο το δυνατόν ακριβέστερα.

Ερμηνεία ενός φάσματος FFT

Ένας εκπαιδευμένος αναλυτής ερμηνεύει ένα φάσμα FFT αναζητώντας χαρακτηριστικά μοτίβα:

• Μια μεγάλη κορυφή στο 1 φορά την ταχύτητα τρεξίματος υποδεικνύει ανισορροπία.
• Μια μεγάλη κορυφή στο 2 φορές την ταχύτητα τρεξίματος συχνά υποδεικνύει κακή ευθυγράμμιση.
• Μια σειρά από αρμονικές (κορυφές στα 1x, 2x, 3x, 4x, κ.λπ.) είναι ένα κλασικό σημάδι μηχανικής χαλαρότητας.
• Μια κορυφή υψηλής συχνότητας με πλευρικές ζώνες Η απόσταση μεταξύ τους στην ταχύτητα λειτουργίας αποτελεί ενδεικτικό σημάδι βλάβης του κιβωτίου ταχυτήτων ή του ρουλεμάν.
• Ένα υπερυψωμένο «δάπεδο» θορύβου ευρείας ζώνης μπορεί να υποδηλώνει σπηλαίωση σε μια αντλία ή τριβή.

Συγκρίνοντας το τρέχον φάσμα FFT με μια βασική τιμή που ελήφθη όταν το μηχάνημα ήταν υγιές, οι αναλυτές μπορούν εύκολα να εντοπίσουν αλλαγές και να διαγνώσουν προβλήματα που αναπτύσσονται πολύ πριν αυτά γίνουν κρίσιμες βλάβες.

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο