Vibratsioonianalüüsi aliasingu mõistmine

Definitsioon: Mis on aliasing?

Aliasing on kriitiline signaalitöötlusviga, mis võib tekkida vibratsiooniandmete digitaalse analüüsi ajal. See juhtub siis, kui signaali diskreetimissagedus on liiga madal, et selle kõrgeimaid sageduskomponente täpselt tabada. Selle tulemusel "voldivad" need kõrged sagedused alla või "jäljendavad" saadud FFT-spektris madalamaid sagedusi, tekitades valesid sageduspiike, mis võivad viia masina seisundi tõsise valediagnoosini.

Nyquisti teoreem ja valimi sagedus

Aliasingu mõistmiseks tuleb kõigepealt aru saada Nyquisti teoreem (tuntud ka kui Nyquist-Shannoni valimiteoreem). See digitaalse signaalitöötluse põhiprintsiip sätestab:

Analoogsignaali täpseks digitaalsel kujul esitamiseks peab diskreetimissagedus (Fs) olema vähemalt kaks korda suurem signaalis esinevast kõrgeimast sageduskomponendist (Fmax).

Seda minimaalset diskreetimissagedust (2 * Fmax) nimetatakse Nyquisti määrVibratsioonianalüüsis on seega kõrgeim huvipakkuv sagedus, mida saab täpselt mõõta, pool diskreetimissagedusest (Fmax = Fs / 2). Seda Fmax-i nimetatakse sageli Nyquisti sageduseks.

Kuidas aliasing tekib?

Kujutage ette kõrgsageduslikku vibratsioonisignaali, mida mõõdetakse digitaalse analüsaatoriga. Analüsaator võtab signaalist fikseeritud sagedusega (diskreetimissagedus) diskreetseid näidiseid (hetkvõtteid).

• Kui diskreetimissagedus on piisavalt kõrge (tunduvalt üle Nyquisti sageduse), jäädvustab analüsaator lainekuju täpseks rekonstrueerimiseks piisava arvu punkte.
• Kui aga diskreetimissagedus on liiga madal, siis analüsaator „ei märka“ diskreetide vahel toimuvat. Need vähesed punktid, mida see tabab, saab ühendada täiesti erineva, madalama sagedusega siinuslaine moodustamiseks. See uus, vale madal sagedus on „alias“.

Näiteks kui signaal sisaldab 900 Hz komponenti, aga analüsaatori Fmax on seatud 500 Hz-le (mis tähendab 1000 Hz diskreetimissagedust), siis ei saa 900 Hz komponenti õigesti mõõta. See tekib „aliaseerimise“ vormis ja ilmub madalama sagedusega tipuna (täpsemalt Fs – 900 Hz = 1000 – 900 = 100 Hz), mida võidakse ekslikult pidada 1-kordseks töökiiruse vibratsiooniks.

Aliasingu vältimine: anti-aliasing filter

Kogu signaalis esineda võivat kõrgsageduslikku sisu (nt ultraheli mürast, löökidest või raadiosageduslikest häiretest) on võimatu ette teada. Seetõttu pole lihtsalt piisavalt kõrge diskreetimissageduse seadmine praktiline lahendus.

Kõigis tänapäevastes digitaalsetes vibratsioonianalüsaatorites kasutatav lahendus on silumisfilterSee on järsk madalpääsfilter, mis asetatakse signaaliteele *enne* analoog-digitaalmuundurit (ADC). See töötab järgmiselt:

1. Kasutaja määrab oma analüüsi jaoks soovitud maksimaalse sageduse (Fmax).
2. Selle Fmax-i põhjal määrab analüsaator automaatselt silumisvastase filtri piirsageduse veidi kõrgemaks kui Fmax.
3. Andurilt tulev analoogsignaal läbib seda filtrit, mis eemaldab või nõrgestab tugevalt kõiki piirväärtusest kõrgemaid sagedusi.
4. Seejärel saadetakse ADC-le diskreetimiseks ainult filtreeritud, "puhas" signaal.

Eemaldades kõrged sagedused, mida valitud diskreetimissagedus ei suuda käsitleda, muudab anti-aliasing filter aliasingu tekkimise füüsiliselt võimatuks. See on digitaalse signaalianalüsaatori üks olulisemaid komponente, mis tagab, et saadud FFT-spekter on masina vibratsiooni tõene ja täpne esitus valitud sagedusvahemikus.

← Tagasi põhiindeksi juurde