הבנת ספקטרום צולב
הגדרה: מהי ספקטרום צולב?
ספקטרום צולב (נקרא גם ספקטרום הספק צולב או צפיפות ספקטרלית צולבת) הוא ייצוג תחום התדרים של הקשר בין שני מעגלים הנמדדים בו זמנית. רֶטֶט אותות. זה מחושב על ידי הכפלת ה- FFT של אות אחד על ידי הצמד המרוכב של ה-FFT של האות השני. שלא כמו ספקטרום אוטומטי אשר מציג את תוכן התדר של אות יחיד, ספקטרום צולב מגלה אילו תדרים משותפים לשני האותות ול- שָׁלָב הקשר בין האותות בכל תדר.
ספקטרום צולב הוא בסיסי לניתוח ויברציות רב-ערוצי מתקדם, כולל הערכת פונקציית העברה., לְכִידוּת ניתוח, ומדידות צורת סטייה תפעולית (ODS). זה מאפשר להבין כיצד רעידות מתפשטות דרך מבנים ולזהות קשרי סיבה-תוצאה בין מיקומי מדידה.
הגדרה מתמטית
חישוב
- Gxy(f) = X(f) × Y*(f)
- כאשר X(f) = FFT של האות x(t)
- Y*(f) = מצומד מרוכב של FFT של האות y(t)
- התוצאה היא בעלת ערך מרוכב (יש לה גם גודל וגם פאזה)
רכיבים
- גוֹדֶל: |Gxy(f)| מציג עוצמת תוכן תדר משותף
- Phase: ∠Gxy(f) מציג את הפרש הפאזה בין אותות בכל תדר
- חלק אמיתי: רכיב בפאזה (קו-ספקטרלי)
- חלק דמיוני: רכיב ריבועי (90° מחוץ לפאזה)
נכסים
מורכב-ערך
- בניגוד לספקטרום אוטומטי (אמיתי בלבד), ספקטרום צולב הוא מורכב.
- מכיל מידע על גודל ופאזה
- שלב קריטי להבנת קשרי אותות
לא סימטרי
- Gxy(f) ≠ Gyx(f) באופן כללי
- סדר חשוב (איזה אות הוא הפניה)
- Gyx(f) = הצמד המרוכב של Gxy(f)
נדרש ממוצע
- רועש ולא אמין בספקטרום יחיד
- ממוצע ספקטרום צולב מרובים לאומדן יציב
- רכיבי הרעש ממוצעים לכיוון אפס (לא מתואמים)
- רכיבים מתואמים מחזקים
יישומים
1. חישוב פונקציית העברה
היישום החשוב ביותר:
- H(f) = Gxy(f) / Gxx(f)
- כאשר x = קלט, y = פלט
- מראה כיצד המערכת מגיבה לעירור
- הגודל מראה הגברה/הנחתה
- פאזה מציגה התנהגות של עיכוב זמן או תהודה
- בשימוש ב ניתוח מודאלי, דינמיקה מבנית
2. חישוב קוהרנטיות
- קוהרנטיות = |Gxy|² / (Gxx × Gyy)
- מודד את המתאם בין אותות בכל תדר
- ערכים 0-1: 1 = קורלציה מושלמת, 0 = ללא קורלציה
- מאמת את איכות המדידה ומזהה רעש
3. קביעת קשר פאזה
- פאזה מצלבת ספקטרום מראה עיכוב זמן או תהודה
- פאזה 0°: אותות בפאזה (נעים יחד)
- פאזה של 180°: אותות מחוץ לפאזה (נעים בכיוון ההפוך)
- פאזה של 90°: ריבוע (תהודה או השהיית זמן)
- אבחון לצורות מצב, העברת רטט
4. דחיית מצב משותף
- ספקטרום צולב מזהה רכיבי תדר משותפים לשני הערוצים
- ביטול רעש לא מתואם בממוצע
- חושף רכיבי אות אמיתיים
- משפר את יחס אות לרעש
מדידות מעשיות
תרחישי מדידה אופייניים
השוואת מיסבים
- אות X: רטט במיסב 1
- אות Y: רטט במיסב 2
- ספקטרום צולב מראה תדרים המשפיעים על שני המיסבים
- מזהה בעיות הקשורות לרוטור לעומת בעיות במסבים בודדים
ניתוח קלט-פלט
- אות X: כוח או רעידות בכניסה (צימוד, מיסב מנוע)
- אות Y: תגובה ביציאה (מיסב ציוד מונע)
- ספקטרום צולב חושף מאפייני שידור
- פונקציית ההעברה מראה כיצד רטט מועבר
תמסורת מבנית
- אות X: רטט בית המיסב
- אות Y: רעידות יסוד או מסגרת
- ספקטרום צולב מראה אילו תדרים משודרים למבנה
- מנחה מאמצי בידוד או חיזוק
פֵּשֶׁר
עוצמה גבוהה בתדר
- מצביע על מתאם חזק בין אותות בתדר זה
- מקור משותף או צימוד חזק
- רכיב שנמצא בשני האותות
עוצמה נמוכה בתדר
- קורלציה מועטה (צימוד לא מתואם או חלש)
- רכיב עשוי להיות נוכח באות אחד אך לא באחר
- או רכיב לא מתואם (רעש, מקורות שונים)
מידע על השלבים
- 0°: אותות נעים יחד (חיבור קשיח או מתחת לתהודה)
- 180°: אותות נעים בכיוון ההפוך (מעל תהודה או סימטריה)
- 90°: ריבוע (בתהודה או בגיאומטריה ספציפית)
- תלוי תדר: שינויי פאזה חושפים התנהגות דינמית
יישומים מתקדמים
ניתוח קלט/פלט מרובה
- אותות ייחוס מרובים, אותות תגובה מרובים
- מטריצת ספקטרום צולב
- מזהה נתיבי שידור מרובים
- אפיון מערכת מורכבת
צורות סטייה תפעוליות
- ספקטרום צולב בין נקודות מדידה רבות
- יחסי פאזה מגדירים דפוס סטייה
- מדמיין תנועה מבנית
- מזהה מצבי תהודה
ספקטרום צולב מרחיב את ניתוח התדרים מערוץ יחיד לערוץ רב-ערוצי, וחושף קשרים בין אותות המאפשרים חישוב פונקציית העברה, אימות קוהרנטיות והבנה של נתיבי העברת רטט. למרות שהוא מורכב יותר מספקטרום צולב, ספקטרום צולב חיוני לניתוח רטט מתקדם, כולל בדיקות מודאליות, דינמיקה מבנית ואבחון מכונות מתוחכם הדורש מדידות מרובות נקודות.