Comprendre les filtres de suivi
A filtre de suivi — également appelé filtre de suivi d'ordre ou filtre synchrone — est un filtre étroit filtre passe-bande utilisé dans analyse des vibrations instruments qui font automatiquement glisser leur fréquence centrale pour suivre un multiple choisi, ou un ordre, de la vitesse de rotation de la machine. Un “filtre de poursuite 1×”, par exemple, se verrouille continuellement sur la fréquence de la vitesse de rotation, rejetant tout le reste et ne laissant passer que la composante fondamentale 1× ; un filtre 2× ou 3× suit de la même manière deux ou trois fois la vitesse de rotation. Un filtre 2× ou 3× suit de la même manière deux ou trois fois la vitesse de marche. Comme le filtre suit la vitesse plutôt que de rester à une fréquence fixe, il peut mesurer la amplitude et phase d'un composant synchrone, même lorsque la machine accélère ou ralentit. Les filtres suiveurs sont donc essentiels pour les équipements à vitesse variable, pour le démarrage et l'arrêt de la machine. descente en côte transitoires, et pour isoler les composants d'ordre individuel à l'intérieur des analyse des commandes.
1. Fonctionnement d'un filtre de suivi
Le principe de base
- Référence de vitesse : un tachymètre ou phaseur clé fournit une impulsion une fois par révolution.
- Calcul de la fréquence : l'instrument calcule la fréquence de rotation instantanée à partir de la synchronisation de ces impulsions.
- Multiplication d'ordre : il multiplie cette fréquence par le numéro d'ordre choisi - 1, 2, 3, etc.
- Centrage du filtre : un filtre passe-bande étroit est centré sur la fréquence résultante.
- Ajustement continu : lorsque la vitesse varie, la fréquence centrale du filtre la suit sans interruption.
- Sortie : un signal filtré propre ne contenant que l'ordre sélectionné.
L'astuce déterminante est que le filtre est asservi au tachymètre, de sorte qu'il sait toujours où se trouve l'ordre d'intérêt sur l'axe de fréquence — ce qu'un filtre fixe ne peut jamais faire sur une machine dont la vitesse varie.
Caractéristiques du filtre
- Bande passante : typiquement ±2-10% de la fréquence centrale.
- Étroitesse: rejette efficacement les fréquences voisines.
- Taux de suivi : capables de suivre des changements de vitesse rapides.
- Filtres multiples : les instruments modernes permettent de suivre plusieurs ordres à la fois.
2. Applications
1. Analyse du démarrage et de l'arrêt par inertie
Il s'agit de l'application principale. Lorsque la machine monte ou descend dans sa plage de vitesse, un filtre suiveur suit en permanence le composant 1× :
- Suivre 1× l'amplitude et la phase par rapport à la vitesse pendant le transitoire - les mêmes données que celles capturées pendant un transitoire. élan.
- Générer Diagrammes de Bode de l'amplitude et de la phase en fonction de la vitesse.
- Identifier vitesses critiques à partir des pics d'amplitude.
- Estimation amortissement à partir de la largeur de chaque pic de résonance.
- Suivre 2× et 3× simultanément pour faire apparaître plusieurs modes.
2. Équipement à vitesse variable
- Maintenir des mesures basées sur les ordres malgré une vitesse en constante évolution.
- Moteurs à entraînement VFD dont la vitesse varie en fonction du processus.
- Éoliennes réagissant aux rafales de vent.
- Équipement de traitement dont la vitesse varie en fonction de la charge.
- Les tendances sont cohérentes, quelles que soient les fluctuations de vitesse, car tout est référencé par rapport à des ordres plutôt qu'à des fréquences fixes.
3. Équilibrage
- Suivre la composante 1× tout au long de la équilibrage procédure.
- Filtrez le contenu non 1× pour une lecture plus claire.
- Prendre la mesure de la phase à la fréquence 1× uniquement.
- Améliorer la précision en rejetant les sources de vibrations non liées.
4. Analyse spécifique à l'ordre
- Isoler un ordre particulier pour l'étudier en détail.
- Suivre 2× pour surveiller la progression de la désalignement.
- Suivre le passage de la lame ordre dans les ventilateurs et les pompes.
- Séparer les composantes de fréquence qui, autrement, se chevaucheraient.
3. Avantages des filtres de suivi
Indépendance de la vitesse
- Les mesures restent significatives quelles que soient les variations de vitesse.
- Les données provenant de différentes vitesses peuvent être comparées sur la base d'un même ordre.
- Indispensable pour toute machine qui ne maintient pas une vitesse constante.
Isolation des composants
- Sépare un ordre de toutes les autres fréquences présentes.
- Les signaux sont plus propres que ceux d'une analyse à spectre complet. FFT.
- Améliore le rapport signal/bruit pour l'ordre considéré.
- Il permet de mesurer avec précision l'amplitude et la phase de cet ordre. Cette focalisation synchrone est conceptuellement alliée à moyenne synchrone, qui utilise également le tachymètre pour extraire du bruit les composants bloqués par la vitesse.
Analyse transitoire
- Suit les composants de manière continue à travers les variations de vitesse.
- Fournit une mesure continue pendant l'accélération et la décélération.
- Ne nécessite pas de régime permanent.
- Révèle un comportement dépendant de la vitesse qu'une mesure statique n'aurait pas permis d'observer.
4. Limites et considérations
Il nécessite un tachymètre
- Une référence de vitesse précise est obligatoire.
- La qualité du signal tachymétrique limite directement les performances du filtre.
- Il ne peut pas être utilisé sur des équipements sans référence de vitesse.
- L'impulsion une fois par révolution doit être fiable, sinon le suivi s'égare.
Il ne suit que les composants synchrones
- Les défauts non synchrones ne sont pas capturés, y compris la plupart défauts de roulement, qui produisent vibration asynchrone.
- Les fréquences des lignes électriques ne sont pas suivies.
- Les vibrations aléatoires et à large bande sont filtrées.
- Des analyses complémentaires sont nécessaires pour établir un diagnostic complet.
Compromis de largeur de bande du filtre
- Filtre étroit : meilleure réjection des fréquences adjacentes, mais réponse plus lente aux changements de vitesse.
- Filtre large : un suivi plus rapide, mais peut admettre des composants proches.
- Optimal : une largeur de bande de 5-10% convient à la plupart des applications, en équilibrant la sélectivité et la vitesse de suivi.
5. Filtre de suivi par rapport à la FFT
Un filtre de suivi et une FFT sont des outils complémentaires plutôt que concurrents. La FFT montre l'ensemble du spectre à une vitesse fixe ; le filtre suiveur suit un ordre en changeant de vitesse. Le tableau résume les points forts de chacun.
| Fonctionnalité | Analyse FFT | Filtre de suivi |
|---|---|---|
| Exigence de vitesse | Fonctionne à n'importe quelle vitesse | Nécessite un tachymètre |
| Variation de la vitesse | Nécessite une vitesse constante | Gère des vitesses variables |
| Informations | Spectre complet, toutes les fréquences | Ordre unique |
| Défauts non synchrones | Détecte tous les défauts | Ne détecte pas les composantes non synchrones |
| Analyse transitoire | Difficile | Excellent |
| Idéal pour | Diagnostic général, état stable | Analyse de la vitesse critique, vitesse variable |
6. Implémentations modernes
Filtres de poursuite numériques
- Mise en œuvre sous forme de logiciel dans les analyseurs modernes.
- Suivre plusieurs commandes à la fois - 1×, 2×, 3× simultanément.
- Offrir une largeur de bande réglable.
- Affichage en temps réel pendant les transitoires.
Intégration à l'analyse en ordres
- Les filtres de suivi constituent la base d'une analyse complète en ordres.
- Le spectre complet de l'ordre est extrait, tous ordres confondus.
- Les résultats apparaissent sous forme de cartes en couleur de l'ordre par rapport à la vitesse, en relation étroite avec la chute d'eau et cascade affichent.
- Les vitesses critiques peuvent être détectées automatiquement à partir des données de suivi des ordres.
7. Filtres de suivi dans l'équilibrage sur site
Sur un instrument portable, le filtre de suivi est ce qui permet de maintenir une mesure d'équilibrage honnête lorsque la vitesse n'est pas parfaitement stable. En ne passant que l'ordre 1× et en rejetant tout le reste, il fournit au logiciel un vecteur d'amplitude et de phase propre sur lequel travailler. Le Balanset-1A utilise exactement cette approche : l'impulsion du tachymètre définit la vitesse de fonctionnement, la composante synchrone 1× est extraite dans les roulements de la machine à la vitesse de fonctionnement, et le vecteur résultant conduit les calculs de la masse d'essai et de la correction - et confirme ensuite la vibration résiduelle après correction. Le filtre de poursuite est le mécanisme silencieux qui rend ces chiffres reproductibles sur des machines réelles, légèrement instables.
Les filtres de poursuite sont des outils spécialisés mais puissants, en particulier pour la dynamique des rotors et les équipements à vitesse variable. En se concentrant sur un ordre choisi pendant que la vitesse se déplace, ils permettent une analyse transitoire et une surveillance indépendante de la vitesse que les techniques FFT ordinaires ne peuvent égaler - c'est précisément la raison pour laquelle ils restent essentiels à l'identification de la vitesse critique et aux diagnostics avancés des machines.
