Cepstrum-analyysi värähtelydiagnostiikassa

Määritelmä: Mikä on Cepstrum?

Cepstrumin analyysi on edistynyt signaalinkäsittelytekniikka, joka tarjoaa tietoa taajuusspektrin jaksollisista rakenteista. Nimi "cepstrum" on "spektrin" anagrammi, joka vihjaa sen luonteeseen: se on käytännössä "spektrin spektri". Se lasketaan ottamalla taajuusspektrin logaritmi ja suorittamalla sitten tulokselle käänteinen Fourier-muunnos. Tämä prosessi korostaa spektrin jaksollisia kuvioita, kuten harmonisten tai sivukaistojen perheitä, joita voi olla vaikea havaita katsomalla spektriä suoraan.

Kepstrum-kuvaajassa x-akselia kutsutaan quefrency (taajuuden anagrammi) ja sillä on aikayksiköitä. Tämän akselin huippuja kutsutaan rahmoniikka, osoittavat alkuperäisen spektrin toistuvien kuvioiden jakson (sekunteina).

Miksi käyttää Cepstrum-analyysiä?

Vaikka tavallinen FFT-spektri on erinomainen yksittäisten taajuuskomponenttien tunnistamiseen, siitä voi tulla sekavaa ja vaikeasti tulkittavaa, kun konevika tuottaa suuren määrän harmonisia ja sivukaistoja. Cepstrum-analyysi yksinkertaistaa tätä yhdistämällä kokonaisen toistuvien taajuuksien perheen yhdeksi selkeäksi piikiksi. Sen ensisijaisia käyttötarkoituksia ovat:

• Harmonisten perheiden havaitseminen: Se pystyy helposti tunnistamaan perustaajuuden ja sen harmoniset yliaallot, vaikka itse perustaajuus olisi heikko tai puuttuisi spektristä.
• Sivukaistaperheiden tunnistaminen: Se on erinomainen löytämään sivukaistoja, jotka ovat usein matala-amplitudisia ja kohinan peittämiä. Cepstrum pystyy selvästi osoittamaan sivukaistojen läsnäolon ja mittaamaan niiden etäisyyden toisistaan.
• Lähde- ja polkuvaikutusten erottaminen: Joissakin sovelluksissa se voi auttaa erottamaan värähtelylähteen signaalin koneen rakenteellisesta vasteesta.
• Kaiun tunnistus: Se voi tunnistaa signaalin kaiut tai heijastukset.

Konediagnostiikan keskeiset sovellukset

1. Vaihteiston diagnostiikka

Tämä on cepstrum-analyysin yleisin ja tehokkain sovellus. Vaurioitunut hammaspyörän hammas moduloi hammaspyörän kytkeytymistaajuutta (GMF) luoden GMF-huipun ympärille sivukaistoja, jotka ovat etäisyydellä kyseisen hammaspyörän pyörimisnopeudesta. Monimutkaisessa vaihteistossa, jossa on useita akseleita ja hammaspyöriä, spektri voi olla hämmentävä sekoitus erilaisia GMF:iä ja sivukaistoja. Cepstrum leikkaa tämän monimutkaisuuden läpi:

• Kepstrumin huippu vaihteen pyörimisjaksoa (1 / RPM) vastaavalla kääntötaajuudella on selvä osoitus viasta kyseisessä vaihteessa.
• Kepstrumin huipun amplitudia voidaan trendata vaihteen kulumisen etenemisen seuraamiseksi.

2. Vierintälaakerin analyysi

Samoin kuin vaihteistoissa, laakeriviat synnyttävät myös sivunauhoja. Esimerkiksi sisälaakerivian vika luo sivunauhoja, jotka ovat akselin nopeudella sisemmän laakerivian taajuuden (BPFI) ja sen harmonisten ympärille. Kepstrum voi auttaa vahvistamaan näiden kuvioiden esiintymisen, varsinkin jos ne eivät ole ilmeisiä spektrissä.

3. Turbiinikoneiston analyysi

Turbiineissa ja kompressoreissa cepstrumia voidaan käyttää lapojen ohitustaajuusharmonisten tunnistamiseen ja lapojen vaurioihin tai aerodynaamisiin ongelmiin liittyvien ongelmien diagnosointiin.

Kuinka tulkita Cepstrum-juoni

1. Laske kiertojaksot: Ennen kuin tarkastelet kepstrumia, laske tärkeimpien pyörivien komponenttien jaksoajat (esim. akselille, jonka nopeus on 1800 rpm tai taajuus 30 Hz, jakso on 1/30 = 0,033 sekuntia).
2. Etsi huippuja tunnetuilla ajanjaksoilla: Tutki kepstrumia merkittävien huippujen (rahmoniikkojen) varalta, jotka ovat linjassa näiden laskettujen aikajaksojen kanssa.
3. Tunnista harmoniset yliaallot: Etsi piikkejä peruskvefrekvenssin kokonaislukukerrannaisilta alueilta. Nämä osoittavat vahvojen harmonisten perheiden läsnäolon alkuperäisessä spektrissä.
4. Trendiamplitudit: Seuraa kepstrumin huippujen amplitudia ajan kuluessa. Kasvava amplitudi viittaa tilan pahenemiseen.

Cepstrum-analyysi on tehokas työkalu, jonka tehokas käyttö vaatii kokemusta, mutta monimutkaisille koneille, kuten vaihteistoille, se voi tarjota diagnostista selkeyttä, jota pelkkä spektrianalyysi ei pysty tarjoamaan.

← Takaisin päähakemistoon