¿Qué es la Densidad Espectral de Potencia? Análisis PSD • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, mulcheras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores. ¿Qué es la Densidad Espectral de Potencia? Análisis PSD • Equilibrador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el equilibrado dinámico de trituradoras, ventiladores, mulcheras, sinfines de cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros rotores.

¿Qué es la densidad espectral de potencia? Análisis PSD

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Comprensión de la densidad espectral de potencia

Definición: ¿Qué es la densidad espectral de potencia?

Densidad espectral de potencia (PSD) es una representación de vibración Distribución de energía en función de la frecuencia, expresada como energía por unidad de ancho de banda de frecuencia (unidades: (m/s²)²/Hz para la aceleración, (mm/s)²/Hz para la velocidad). A diferencia de un estándar espectro de amplitud La PSD, que muestra la amplitud en cada frecuencia, muestra cómo se distribuye la potencia de vibración en función de la frecuencia, con valores normalizados por el ancho de banda de resolución de frecuencia. Esta normalización hace que la PSD sea independiente del ancho de banda de análisis, lo que permite una comparación significativa entre espectros medidos con diferentes configuraciones de resolución.

La PSD es particularmente importante para analizar vibraciones aleatorias (donde la energía se distribuye de forma continua a través de la frecuencia en lugar de concentrarse en picos discretos), para el análisis de ruido y para aplicaciones que requieren una caracterización espectral independiente del ancho de banda, como las pruebas de vibración y la calificación ambiental.

PSD frente a espectro de amplitud

Espectro de amplitud

  • Muestra vibración amplitud a cada frecuencia
  • Unidades: mm/s, m/s², mils, etc.
  • Amplitudes máximas en frecuencias discretas (desequilibrio, fallos en los rodamientos)
  • Los valores dependen del ancho de banda de resolución de la FFT.
  • Pantalla estándar para diagnóstico de maquinaria

Densidad espectral de potencia

  • Muestra la potencia de vibración por Hz de ancho de banda.
  • Unidades: (mm/s)²/Hz, (m/s²)²/Hz, etc.
  • Distribución de energía en función de la frecuencia
  • Independientemente del ancho de banda de análisis
  • Estándar para el análisis de vibraciones aleatorias

Relación

  • PSD = (Amplitud)² / Δf
  • Donde Δf = resolución de frecuencia (ancho de intervalo)
  • Elevar al cuadrado enfatiza las grandes amplitudes.
  • La normalización hace que sea independiente del ancho de banda.

Aplicaciones

1. Análisis de vibraciones aleatorias

Aplicación principal de PSD:

  • Procesos aleatorios: Turbulencia, vibración de la carretera, sísmico, acústico
  • Espectros continuos: Energía distribuida a lo largo de la frecuencia, no en picos discretos.
  • Descripción estadística: PSD describe la distribución de energía de un proceso aleatorio
  • Formato estándar: Especificaciones de ensayo de vibraciones en PSD

2. Caracterización del ruido de banda ancha

  • Cavitación ruido en las bombas
  • Ruido de flujo turbulento en los ventiladores
  • Ruido aerodinámico
  • Caracterización del ruido por defectos en rodamientos

3. Comparación independiente del ancho de banda

  • Compara los espectros medidos con diferentes configuraciones de FFT.
  • Datos de diferentes instrumentos o resoluciones
  • Datos históricos con diferentes parámetros de análisis
  • Los valores de PSD son directamente comparables independientemente del ancho de banda.

4. Pruebas ambientales

  • Las especificaciones de la prueba de vibración se expresan como PSD frente a frecuencia.
  • Control de mesa vibratoria basado en PSD
  • Pruebas de calificación de productos
  • Normas de choque y vibración

Cálculo de PSD

A partir de la FFT

  • Calcular la FFT de la señal de vibración
  • Eleva al cuadrado cada valor de amplitud
  • Dividir por la resolución de frecuencia (Δf = Fmax / Número de líneas)
  • Resultado: PSD en (unidades)²/Hz

Unidades

  • PSD de aceleración: (m/s²)²/Hz o g²/Hz
  • PSD de velocidad: (mm/s)²/Hz o (in/s)²/Hz
  • PSD de desplazamiento: (µm)²/Hz o (mils)²/Hz
  • A menudo se representa en los siguientes puntos: Escala logarítmica (dB en relación con la referencia)

Interpretación de gráficos PSD

Espectro plano (ruido blanco)

  • PSD constante en toda la frecuencia
  • Energía igual por Hz en todas las frecuencias
  • Característica de vibración aleatoria de banda ancha
  • Ejemplo: Vibración aleatoria ideal para pruebas

Espectro inclinado (ruido coloreado)

  • La PSD varía con la frecuencia
  • Pendiente ascendente: más energía en altas frecuencias
  • Pendiente descendente: mayor energía a bajas frecuencias (común en maquinaria)
  • La pendiente indica la distribución de frecuencia de la energía.

Picos en PSD

  • Los componentes de frecuencia discreta aparecen como picos por encima del nivel general.
  • Las resonancias se manifiestan como regiones PSD elevadas.
  • Puede identificar las frecuencias dominantes que contribuyen a la energía.

Relación con el valor eficaz (RMS) y la energía total

Energía total de PSD

  • Integración de la PSD en todo el rango de frecuencias
  • Resultado: Valor cuadrático medio
  • La raíz cuadrada da el valor RMS
  • RMS = √[∫ PSD(f) df]

Energía en bandas de frecuencia

  • Integración de la densidad espectral de potencia (PSD) en un rango de frecuencia específico
  • Aporta energía a esa banda
  • Útil para evaluar la contribución de diferentes rangos de frecuencia.

Ventajas del PSD

Independencia de la resolución

  • Los valores de PSD son comparables independientemente de la resolución de la FFT.
  • Permite comparar datos históricos con diferentes configuraciones.
  • Estandariza el análisis en diferentes instrumentos

Representación de la energía

  • Representa directamente la distribución de energía de vibración
  • Los valores al cuadrado enfatizan las frecuencias dominantes.
  • Natural para el análisis basado en la energía

Marco estadístico

  • La PSD es la base de la teoría de vibraciones aleatorias
  • Permite el análisis probabilístico
  • Permite predecir la vida útil a fatiga a partir de cargas aleatorias.

Cuándo usar PSD

Utilice PSD cuando:

  • Análisis de vibraciones o ruido aleatorios
  • Comparación de datos con diferentes anchos de banda de análisis
  • A continuación se presentan las especificaciones de prueba en formato PSD.
  • Caracterización de los procesos de banda ancha
  • Se requiere un análisis basado en la energía.

Utilice el espectro de amplitud cuando:

  • Diagnóstico rutinario de maquinaria
  • Identificación de frecuencias de fallas discretas
  • componentes específicos de tendencia
  • Los valores de amplitud son directamente significativos.

La densidad espectral de potencia (PSD) es un concepto fundamental en el análisis de vibraciones aleatorias y proporciona una caracterización espectral independiente del ancho de banda. Si bien se utiliza con menos frecuencia que los espectros de amplitud para el diagnóstico rutinario de maquinaria, la PSD es esencial para aplicaciones de vibraciones aleatorias, análisis de ruido y cualquier situación que requiera la comparación de espectros medidos con diferentes parámetros de análisis o con diferentes instrumentos.

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