Ανάλυση Cepstrum στη Διαγνωστική Δονήσεων

Ορισμός: Τι είναι το Cepstrum;

Ανάλυση Cepstrum είναι μια προηγμένη τεχνική επεξεργασίας σήματος που παρέχει πληροφορίες σχετικά με περιοδικές δομές εντός ενός φάσματος συχνοτήτων. Το όνομα «cepstrum» είναι αναγραμματισμός του «spectrum», που υποδηλώνει τη φύση του: είναι ουσιαστικά το «φάσμα ενός φάσματος». Υπολογίζεται λαμβάνοντας τον λογάριθμο ενός φάσματος συχνοτήτων και στη συνέχεια εκτελώντας έναν αντίστροφο μετασχηματισμό Fourier στο αποτέλεσμα. Αυτή η διαδικασία επισημαίνει περιοδικά μοτίβα στο φάσμα, όπως οικογένειες αρμονικών ή πλευρικές ζώνες, τα οποία μπορεί να είναι δύσκολο να διακριθούν κοιτάζοντας απευθείας το φάσμα.

Στο διάγραμμα του κέπστρου, ο άξονας x ονομάζεται συχνότητα (ένα αναγραμματισμό συχνότητας) και έχει μονάδες χρόνου. Οι κορυφές σε αυτόν τον άξονα, που ονομάζονται ραχμονικοί, υποδεικνύουν την περίοδο (σε δευτερόλεπτα) των επαναλαμβανόμενων μοτίβων στο αρχικό φάσμα.

Γιατί να χρησιμοποιήσω την ανάλυση Cepstrum;

Ενώ ένα τυπικό φάσμα FFT είναι εξαιρετικό για την αναγνώριση μεμονωμένων συνιστωσών συχνότητας, μπορεί να γίνει ακατάστατο και δύσκολο να ερμηνευτεί όταν ένα σφάλμα μηχανής παράγει μεγάλο αριθμό αρμονικών και πλευρικών ζωνών. Η ανάλυση Cepstrum απλοποιεί αυτό ενοποιώντας μια ολόκληρη οικογένεια επαναλαμβανόμενων συχνοτήτων σε μια ενιαία, καθαρή κορυφή. Οι κύριες χρήσεις του είναι:

• Ανίχνευση Αρμονικών Οικογενειών: Μπορεί εύκολα να αναγνωρίσει μια θεμελιώδη συχνότητα και τις αρμονικές της, ακόμη και αν η ίδια η θεμελιώδης συχνότητα είναι ασθενής ή απουσιάζει στο φάσμα.
• Προσδιορισμός Οικογενειών Πλευρικής Ζώνης: Εξαιρετικά καλό είναι να βρίσκει πλευρικές ζώνες, οι οποίες συχνά έχουν χαμηλό πλάτος και είναι κρυμμένες στον θόρυβο. Το Cepstrum μπορεί να δείξει με σαφήνεια την παρουσία πλευρικών ζωνών και να μετρήσει την απόστασή τους.
• Διαχωρισμός εφέ πηγής και διαδρομής: Σε ορισμένες εφαρμογές, μπορεί να βοηθήσει στον διαχωρισμό του σήματος της πηγής δόνησης από τη δομική απόκριση της μηχανής.
• Ανίχνευση ηχούς: Μπορεί να αναγνωρίσει ηχώ ή αντανακλάσεις σε ένα σήμα.

Βασικές εφαρμογές στη διάγνωση μηχανημάτων

1. Διαγνωστικά κιβωτίου ταχυτήτων

Αυτή είναι η πιο κοινή και ισχυρή εφαρμογή της ανάλυσης cepstrum. Ένα κατεστραμμένο δόντι γραναζιού θα διαμορφώσει τη συχνότητα πλέγματος γραναζιού (GMF), δημιουργώντας πλευρικές ζώνες γύρω από την κορυφή GMF σε απόσταση με την ταχύτητα περιστροφής αυτού του γραναζιού. Σε ένα σύνθετο κιβώτιο ταχυτήτων με πολλαπλούς άξονες και γρανάζια, το φάσμα μπορεί να είναι ένα συγκεχυμένο μείγμα διαφορετικών GMF και πλευρικών ζωνών. Το cepstrum διαπερνά αυτή την πολυπλοκότητα:

• Μια κορυφή στο κέσπτρουμ στη συχνότητα περιστροφής που αντιστοιχεί στην περίοδο περιστροφής του γραναζιού (1 / RPM) αποτελεί σαφή ένδειξη σφάλματος στο συγκεκριμένο γρανάζι.
• Το πλάτος της κορυφής του κέπστρουμ μπορεί να ρυθμιστεί για να παρακολουθείται η εξέλιξη της φθοράς του γραναζιού.

2. Ανάλυση ρουλεμάν κύλισης

Όπως και με τα κιβώτια ταχυτήτων, τα ελαττώματα των ρουλεμάν δημιουργούν επίσης πλευρικές ζώνες. Για παράδειγμα, ένα ελάττωμα στον εσωτερικό δακτύλιο θα δημιουργήσει πλευρικές ζώνες σε απόσταση με την ταχύτητα του άξονα γύρω από τη συχνότητα ελαττώματος του εσωτερικού δακτυλίου (BPFI) και τις αρμονικές του. Το κέστρουμ μπορεί να βοηθήσει στην επιβεβαίωση της παρουσίας αυτών των μοτίβων, ειδικά όταν δεν είναι εμφανή στο φάσμα.

3. Ανάλυση Στροβιλομηχανών

Σε τουρμπίνες και συμπιεστές, το κέπστρουμ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό αρμονικών συχνότητας διέλευσης πτερυγίων και τη διάγνωση προβλημάτων που σχετίζονται με ζημιές στις πτέρυγες ή αεροδυναμικά προβλήματα.

Πώς να ερμηνεύσετε ένα διάγραμμα Cepstrum

1. Υπολογισμός Περιόδων Περιστροφής: Πριν εξετάσετε το κέστρουμ, υπολογίστε τις χρονικές περιόδους των κύριων περιστρεφόμενων εξαρτημάτων (π.χ., για έναν άξονα στις 1800 σ.α.λ. ή 30 Hz, η περίοδος είναι 1/30 = 0,033 δευτερόλεπτα).
2. Αναζητήστε κορυφές σε γνωστές περιόδους: Εξετάστε το κέστρουμ για σημαντικές κορυφές (ραχμονικές) που ευθυγραμμίζονται με αυτές τις υπολογισμένες χρονικές περιόδους.
3. Προσδιορίστε τις αρμονικές: Αναζητήστε κορυφές σε ακέραια πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας. Αυτές υποδεικνύουν την παρουσία ισχυρών αρμονικών οικογενειών στο αρχικό φάσμα.
4. Πλάτη τάσεων: Παρακολουθήστε το πλάτος των κορυφών του κέπστρουμ με την πάροδο του χρόνου. Η αύξηση του πλάτους υποδηλώνει επιδείνωση της κατάστασης.

Η ανάλυση Cepstrum είναι ένα ισχυρό εργαλείο που απαιτεί εμπειρία για να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά, αλλά για πολύπλοκα μηχανήματα όπως τα κιβώτια ταχυτήτων, μπορεί να παρέχει διαγνωστική σαφήνεια που δεν συγκρίνεται με την ανάλυση φάσματος μόνο του.

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο