Razumijevanje gustoće spektra snage
Definicija: Što je spektralna gustoća snage?
Spektralna gustoća snage (PSD) je prikaz vibracija raspodjela energije po frekvenciji, izražena kao energija po jedinici frekvencijskog pojasa (jedinice: (m/s²)²/Hz za ubrzanje, (mm/s)²/Hz za brzinu). Za razliku od standardnog amplitudni spektar PSD, koji prikazuje amplitudu na svakoj frekvenciji, pokazuje kako je snaga vibracija raspoređena po frekvenciji, s vrijednostima normaliziranim propusnošću frekvencijske rezolucije. Ova normalizacija čini PSD neovisnim o propusnosti analize, omogućujući smislenu usporedbu između spektara izmjerenih s različitim postavkama rezolucije.
PSD je posebno važan za analizu slučajnih vibracija (gdje se energija kontinuirano distribuira po frekvenciji, a ne koncentrira na diskretnim vrhovima), za analizu šuma i za primjene koje zahtijevaju spektralnu karakterizaciju neovisnu o propusnosti, kao što su ispitivanje vibracija i kvalifikacija utjecaja na okoliš.
PSD u odnosu na amplitudni spektar
Amplitudni spektar
- Prikazuje vibraciju amplituda na svakoj frekvenciji
- Jedinice: mm/s, m/s², mils itd.
- Vršne amplitude na diskretnim frekvencijama (neravnoteža, kvarovi ležaja)
- Vrijednosti ovise o propusnosti FFT rezolucije
- Standardni zaslon za dijagnostiku strojeva
Spektralna gustoća snage
- Prikazuje snagu vibracije po Hz propusnog opsega
- Jedinice: (mm/s)²/Hz, (m/s²)²/Hz itd.
- Raspodjela energije po frekvenciji
- Neovisno o propusnosti analize
- Standard za analizu slučajnih vibracija
Odnos
- PSD = (Amplituda)² / Δf
- Gdje je Δf = frekvencijska rezolucija (širina intervala)
- Kvadriranje naglašava velike amplitude
- Normalizacija čini neovisnom o propusnosti
Primjene
1. Analiza slučajnih vibracija
Primarna PSD aplikacija:
- Slučajni procesi: Turbulencija, vibracije ceste, seizmika, akustika
- Kontinuirani spektri: Energija raspoređena po frekvenciji, a ne diskretni vrhovi
- Statistički opis: PSD opisuje slučajnu raspodjelu energije procesa
- Standardni format: Specifikacije ispitivanja vibracija u PSD-u
2. Karakterizacija širokopojasne buke
- Kavitacija buka u pumpama
- Turbulentna buka strujanja u ventilatorima
- Aerodinamička buka
- Karakterizacija buke zbog defekata ležaja
3. Usporedba neovisna o propusnosti
- Usporedite spektre izmjerene s različitim FFT postavkama
- Podaci s različitih instrumenata ili rezolucija
- Povijesni podaci s različitim parametrima analize
- PSD vrijednosti izravno usporedive bez obzira na propusnost
4. Ispitivanje utjecaja na okoliš
- Specifikacije ispitivanja vibracija dane kao PSD u odnosu na frekvenciju
- Upravljanje stolom za miješanje temeljeno na PSD-u
- Ispitivanje kvalifikacije proizvoda
- Standardi za udarce i vibracije
Izračun PSD-a
Iz FFT-a
- Izračunaj FFT vibracijskog signala
- Kvadrirajte svaku vrijednost amplitude
- Podijelite s frekvencijskom rezolucijom (Δf = Fmax / Broj linija)
- Rezultat: PSD u (jedinicama)²/Hz
Jedinice
- PSD ubrzanja: (m/s²)²/Hz ili g²/Hz
- Brzina PSD: (mm/s)²/Hz ili (in/s)²/Hz
- PSD pomaka: (µm)²/Hz ili (mili)²/Hz
- Često prikazano: Logaritamska skala (dB u odnosu na referencu)
Tumačenje PSD dijagrama
Ravni spektar (bijeli šum)
- Konstantna PSD po frekvenciji
- Jednaka energija po Hz na svim frekvencijama
- Karakteristika širokopojasnih slučajnih vibracija
- Primjer: Idealna slučajna vibracija za ispitivanje
Nagnuti spektar (obojeni šum)
- PSD varira s učestalošću
- Rastući nagib: više energije na visokim frekvencijama
- Opadajući nagib: više energije na niskim frekvencijama (uobičajeno u strojevima)
- Nagib označava frekvencijsku raspodjelu energije
Vrhovi u PSD-u
- Diskretne frekvencijske komponente pojavljuju se kao vrhovi iznad opće razine
- Rezonancije se pokazuju kao povišena PSD područja
- Može identificirati dominantne frekvencije koje doprinose energiji
Odnos prema RMS-u i ukupnoj energiji
Ukupna energija iz PSD-a
- Integrirajte PSD u cijelom frekvencijskom rasponu
- Rezultat: Srednja kvadratna vrijednost
- Kvadratni korijen daje RMS vrijednost
- RMS = √[∫ PSD(f) df]
Energija u frekvencijskim pojasevima
- Integrirajte PSD preko određenog frekvencijskog raspona
- Daje energiju u tom bendu
- Korisno za procjenu doprinosa različitih frekvencijskih raspona
Prednosti PSD-a
Neovisnost rezolucije
- PSD vrijednosti usporedive bez obzira na FFT rezoluciju
- Omogućuje usporedbu povijesnih podataka s različitim postavkama
- Standardizira analizu na različitim instrumentima
Energetska reprezentacija
- Izravno predstavlja raspodjelu energije vibracija
- Kvadratne vrijednosti naglašavaju dominantne frekvencije
- Prirodno za analizu temeljenu na energiji
Statistički okvir
- PSD je temelj teorije slučajnih vibracija
- Omogućuje probabilističku analizu
- Podržava predviđanje vijeka trajanja od zamora od slučajnog opterećenja
Kada koristiti PSD
Koristite PSD kada:
- Analiziranje slučajnih vibracija ili buke
- Usporedba podataka s različitim propusnim opsegom analize
- Slijedeći specifikacije ispitivanja u PSD formatu
- Karakterizacija širokopojasnih procesa
- Potrebna je analiza temeljena na energiji
Koristite amplitudski spektar kada:
- Rutinska dijagnostika strojeva
- Identificiranje diskretnih frekvencija kvarova
- Trendovi u određenim komponentama
- Vrijednosti amplitude izravno značajne
Spektralna gustoća snage temeljni je koncept u analizi slučajnih vibracija i pruža spektralnu karakterizaciju neovisnu o propusnosti. Iako se rjeđe koristi od amplitudnih spektara za rutinsku dijagnostiku strojeva, PSD je ključan za primjene slučajnih vibracija, analizu buke i bilo koju situaciju koja zahtijeva usporedbu spektara izmjerenih s različitim parametrima analize ili s različitih instrumenata.
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 