Värähtelyanalyysin aliasoinnin ymmärtäminen
Määritelmä: Mitä on aliasointi?
Aliasing on kriittinen signaalinkäsittelyvirhe, joka voi tapahtua värähtelydatan digitaalisen analyysin aikana. Se tapahtuu, kun signaalia otetaan näytteistysnopeudella, joka on liian alhainen sen korkeimpien taajuuskomponenttien tarkkaan tallentamiseen. Tämän seurauksena nämä korkeat taajuudet "taittavat alas" tai "matkivat" matalampia taajuuksia tuloksena olevassa FFT-spektrissä, mikä luo vääriä taajuuspiikkejä, jotka voivat johtaa koneen kunnon vakavaan virhediagnoosiin.
Nyquistin lause ja näytteenottotaajuus
Ymmärtääkseen aliasoinnin on ensin ymmärrettävä Nyquistin lause (tunnetaan myös nimellä Nyquist-Shannonin näytteenottolause). Tämä digitaalisen signaalinkäsittelyn perusperiaate toteaa:
Jotta analoginen signaali voidaan esittää tarkasti digitaalisessa muodossa, näytteenottotaajuuden (Fs) on oltava vähintään kaksi kertaa signaalissa oleva suurin taajuuskomponentti (Fmax).
Tätä pienintä näytteenottotaajuutta (2 * Fmax) kutsutaan Nyquistin korkoVärähtelyanalyysissä korkein tarkasti mitattava kiinnostuksen kohteena oleva taajuus on siis puolet näytteenottotaajuudesta (Fmax = Fs / 2). Tätä Fmax-arvoa kutsutaan usein Nyquist-taajuudeksi.
Miten aliasointi tapahtuu?
Kuvittele, että digitaalinen analysaattori mittaa korkeataajuista värähtelysignaalia. Analysaattori ottaa signaalista erillisiä näytteitä (tilannekuvia) kiinteällä taajuudella (näytteenottotaajuus).
- Jos näytteenottotaajuus on riittävän korkea (selvästi Nyquist-taajuutta korkeampi), analysaattori tallentaa riittävän määrän pisteitä aaltomuodon tarkan rekonstruoinnin varmistamiseksi.
- Jos näytteenottotaajuus on kuitenkin liian alhainen, analysaattori "menettää" näytteiden välisen tilanteen. Muutamat pisteet, jotka se tallentaa, voidaan yhdistää muodostaen täysin erilaisen, matalataajuisen siniaallon. Tätä uutta, väärää matalaa taajuutta kutsutaan "alias"-signaaliksi.
Jos esimerkiksi signaali sisältää 900 Hz:n komponentin, mutta analysaattorin Fmax on asetettu arvoon 500 Hz (eli näytteenottotaajuus on 1000 Hz), 900 Hz:n komponenttia ei voida mitata oikein. Se "valeutuu" ja näkyy huippuna alemmalla taajuudella (erityisesti Fs – 900 Hz = 1000 – 900 = 100 Hz), mikä voi olla virheellistä luulla 1X käyntinopeuden värähtelyksi.
Reunanpehmennyksen estäminen: Reunanpehmennyksen suodatin
On mahdotonta tietää etukäteen kaikkea signaalissa mahdollisesti olevaa korkeataajuista sisältöä (esim. ultraäänikohinasta, iskuista tai radiotaajuushäiriöistä). Siksi pelkkä näytteenottotaajuuden asettaminen riittävän korkeaksi ei ole käytännöllinen ratkaisu.
Kaikissa nykyaikaisissa digitaalisissa värähtelyanalysaattoreissa käytetty ratkaisu on anti-aliasing-suodatinTämä on jyrkkä alipäästösuodin, joka sijoitetaan signaalitielle *ennen* analogia-digitaalimuunninta (ADC). Näin se toimii:
- Käyttäjä asettaa halutun maksimitaajuuden (Fmax) analyysiaan varten.
- Tämän Fmax-arvon perusteella analysaattori asettaa automaattisesti anti-aliasing-suodattimen katkaisutaajuuden hieman Fmax-arvon yläpuolelle.
- Anturin analoginen signaali kulkee tämän suodattimen läpi, joka poistaa tai vaimentaa voimakkaasti kaikkia raja-arvon yläpuolella olevia taajuuksia.
- Vain suodatettu, "puhdas" signaali lähetetään sitten AD-muuntimelle näytteenottoa varten.
Poistamalla korkeat taajuudet, joita valittu näytteenottotaajuus ei pysty käsittelemään, anti-aliasing-suodatin tekee aliasingin fyysisesti mahdottomaksi. Se on yksi digitaalisen signaalianalysaattorin kriittisimmistä komponenteista, ja se varmistaa, että tuloksena oleva FFT-spektri on todellinen ja tarkka esitys koneen värähtelystä valitulla taajuusalueella.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 