Κατανόηση της δημιουργίας ψευδώνυμων στοιχείων στην ανάλυση κραδασμών

Ορισμός: Τι είναι η δημιουργία ψευδωνύμων;

Ψευδώνυμο είναι ένα κρίσιμο σφάλμα επεξεργασίας σήματος που μπορεί να προκύψει κατά την ψηφιακή ανάλυση δεδομένων δόνησης. Συμβαίνει όταν ένα σήμα δειγματοληπτείται με ρυθμό που είναι πολύ χαμηλός για να καταγράψει με ακρίβεια τις συνιστώσες της υψηλότερης συχνότητάς του. Ως αποτέλεσμα, αυτές οι υψηλές συχνότητες «διπλώνονται προς τα κάτω» ή «μιμούνται» τις χαμηλότερες συχνότητες στο προκύπτον φάσμα FFT, δημιουργώντας ψευδείς κορυφές συχνότητας που μπορούν να οδηγήσουν σε σοβαρή λανθασμένη διάγνωση της κατάστασης του μηχανήματος.

Το Θεώρημα Nyquist και ο Ρυθμός Δειγματοληψίας

Για να κατανοήσει κανείς την ψευδωνυμοποίηση, πρέπει πρώτα να κατανοήσει την Θεώρημα Nyquist (γνωστό και ως θεώρημα δειγματοληψίας Nyquist-Shannon). Αυτή η θεμελιώδης αρχή της ψηφιακής επεξεργασίας σήματος ορίζει:

Για την ακριβή αναπαράσταση ενός αναλογικού σήματος σε ψηφιακή μορφή, η συχνότητα δειγματοληψίας (Fs) πρέπει να είναι τουλάχιστον διπλάσια από τη συνιστώσα της υψηλότερης συχνότητας (Fmax) που υπάρχει στο σήμα.

Αυτός ο ελάχιστος ρυθμός δειγματοληψίας (2 * Fmax) ονομάζεται Τιμή NyquistΣτην ανάλυση κραδασμών, η υψηλότερη συχνότητα ενδιαφέροντος που μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια είναι επομένως το μισό του ρυθμού δειγματοληψίας (Fmax = Fs / 2). Αυτή η Fmax αναφέρεται συχνά ως συχνότητα Nyquist.

Πώς συμβαίνει η δημιουργία ψευδωνύμων;

Φανταστείτε ένα σήμα δόνησης υψηλής συχνότητας που μετριέται από έναν ψηφιακό αναλυτή. Ο αναλυτής λαμβάνει διακριτά δείγματα (στιγμιότυπα) του σήματος με σταθερό ρυθμό (τη συχνότητα δειγματοληψίας).

• Εάν ο ρυθμός δειγματοληψίας είναι αρκετά υψηλός (αρκετά πάνω από τον ρυθμό Nyquist), ο αναλυτής καταγράφει επαρκή αριθμό σημείων για να ανακατασκευάσει με ακρίβεια την κυματομορφή.
• Ωστόσο, εάν ο ρυθμός δειγματοληψίας είναι πολύ χαμηλός, ο αναλυτής «παραβλέπει» τι συμβαίνει μεταξύ των δειγμάτων. Τα λίγα σημεία που καταγράφει μπορούν να συνδεθούν για να σχηματίσουν ένα εντελώς διαφορετικό ημιτονοειδές κύμα χαμηλότερης συχνότητας. Αυτή η νέα, ψευδώς χαμηλή συχνότητα είναι το «ψευδώνυμο».

Για παράδειγμα, εάν ένα σήμα περιέχει μια συνιστώσα 900 Hz αλλά η Fmax του αναλυτή έχει οριστεί στα 500 Hz (δηλαδή ρυθμός δειγματοληψίας 1000 Hz), η συνιστώσα των 900 Hz δεν μπορεί να μετρηθεί σωστά. Θα "αλλοιωθεί" και θα εμφανιστεί ως κορυφή σε χαμηλότερη συχνότητα (συγκεκριμένα στα Fs – 900 Hz = 1000 – 900 = 100 Hz), ενδεχομένως να εκληφθεί εσφαλμένα ως δόνηση ταχύτητας λειτουργίας 1X.

Πρόληψη ψευδωνυμίας: Το φίλτρο κατά της ψευδωνυμίας

Είναι αδύνατο να γνωρίζουμε εκ των προτέρων όλο το περιεχόμενο υψηλής συχνότητας (π.χ., από υπερηχητικό θόρυβο, κρούσεις ή παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων) που μπορεί να υπάρχει σε ένα σήμα. Επομένως, η απλή ρύθμιση του ρυθμού δειγματοληψίας σε αρκετά υψηλό επίπεδο δεν αποτελεί πρακτική λύση.

Η λύση που χρησιμοποιείται σε όλους τους σύγχρονους ψηφιακούς αναλυτές κραδασμών είναι η φίλτρο εξομάλυνσηςΑυτό είναι ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης με απότομη κλίση που τοποθετείται στη διαδρομή σήματος *πριν* από τον αναλογικό-ψηφιακό μετατροπέα (ADC). Δείτε πώς λειτουργεί:

1. Ο χρήστης ορίζει την επιθυμητή μέγιστη συχνότητα (Fmax) για την ανάλυσή του.
2. Με βάση αυτό το Fmax, ο αναλυτής ορίζει αυτόματα τη συχνότητα αποκοπής του φίλτρου εξομάλυνσης ελαφρώς πάνω από το Fmax.
3. Το αναλογικό σήμα από τον αισθητήρα διέρχεται από αυτό το φίλτρο, το οποίο αφαιρεί ή εξασθενεί έντονα όλες τις συχνότητες πάνω από το σημείο αποκοπής.
4. Μόνο το φιλτραρισμένο, «καθαρό» σήμα αποστέλλεται στη συνέχεια στον ADC για δειγματοληψία.

Αφαιρώντας τις υψηλές συχνότητες που δεν μπορεί να χειριστεί ο επιλεγμένος ρυθμός δειγματοληψίας, το φίλτρο εξομάλυνσης καθιστά φυσικά αδύνατη την πραγματοποίηση της εξομάλυνσης. Είναι ένα από τα πιο κρίσιμα στοιχεία ενός ψηφιακού αναλυτή σήματος, διασφαλίζοντας ότι το φάσμα FFT που προκύπτει είναι μια αληθινή και ακριβής αναπαράσταση της δόνησης του μηχανήματος εντός του επιλεγμένου εύρους συχνοτήτων.

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο