Cepstrum analízis a rezgésdiagnosztikában

Definíció: Mi a Cepstrum?

Cepstrum elemzés egy fejlett jelfeldolgozási technika, amely információkat szolgáltat a frekvenciaspektrumon belüli periodikus struktúrákról. A „cepstrum” név a „spektrum” anagrammája, ami utal a természetére: gyakorlatilag a „spektrum spektruma”. Kiszámítása úgy történik, hogy a frekvenciaspektrum logaritmusát vesszük, majd az eredményt inverz Fourier-transzformációval látjuk el. Ez a folyamat kiemeli a spektrum periodikus mintázatait, például a harmonikuscsaládokat vagy az oldalsávokat, amelyeket a spektrum közvetlen vizsgálatával nehéz lehet megkülönböztetni.

A cepstrum-diagramon az x tengelyt az ún. quefrency (a frekvencia anagrammája) és időegységekkel rendelkezik. Az ezen a tengelyen lévő csúcsokat nevezzük rahmonika, az eredeti spektrumban ismétlődő mintázatok periódusát jelzik (másodpercben).

Miért érdemes Cepstrum elemzést használni?

Míg egy szabványos FFT spektrum kiválóan alkalmas az egyes frekvenciakomponensek azonosítására, zsúfolttá és nehezen értelmezhetővé válhat, ha egy géphiba nagyszámú felharmonikust és oldalsávot generál. A Cepstrum analízis ezt leegyszerűsíti azáltal, hogy az ismétlődő frekvenciák teljes családját egyetlen, tiszta csúcsba vonja össze. Elsődleges felhasználási területei:

• Harmonikus családok detektálása: Könnyen azonosítja az alapfrekvenciát és annak felharmonikusait, még akkor is, ha maga az alaphang gyenge vagy hiányzik a spektrumból.
• Oldalsáv-családok azonosítása: Kiválóan alkalmas az oldalsávok megtalálására, amelyek gyakran alacsony amplitúdójúak és zajba temetkeznek. A Cepstrum képes egyértelműen kimutatni az oldalsávok jelenlétét és mérni azok távolságát.
• A forrás- és útvonalhatások szétválasztása: Bizonyos alkalmazásokban segíthet elkülöníteni a rezgésforrás jelét a gép szerkezeti válaszától.
• Visszhangérzékelés: Képes azonosítani a jelekben lévő visszhangokat vagy visszaverődéseket.

Főbb alkalmazások a gépdiagnosztikában

1. Sebességváltó diagnosztika

Ez a cepstrum-analízis leggyakoribb és leghatékonyabb alkalmazása. Egy sérült fogaskerékfog modulálja a fogaskerék kapcsolódási frekvenciáját (GMF), oldalsávokat hozva létre a GMF-csúcs körül, amelyek az adott fogaskerék forgási sebességénél helyezkednek el. Egy összetett, több tengellyel és fogaskerékkel rendelkező sebességváltóban a spektrum a különböző GMF-ek és oldalsávok zavaró keveréke lehet. A cepstrum átvágja ezt a bonyolultságot:

• A fogaskerék forgási periódusának (1 / RPM) megfelelő kvefrenciánál a kepsztrumban megjelenő csúcs egyértelműen jelzi az adott fogaskerék hibáját.
• A cepstrum csúcs amplitúdója trenddel követhető a fogaskerék kopásának előrehaladásának monitorozására.

2. Gördülőcsapágy-elemzés

A sebességváltókhoz hasonlóan a csapágyhibák is oldalsávokat generálnak. Például a belső gyűrű hibája a tengelysebességtől függően a belső gyűrű defektusfrekvenciája (BPFI) és annak felharmonikusai körüli oldalsávokat hoz létre. A cepstrum segíthet megerősíteni ezen mintázatok jelenlétét, különösen akkor, ha azok nem egyértelműek a spektrumban.

3. Turbógép-elemzés

Turbinákban és kompresszorokban a cepstrum felhasználható a lapát áthaladási frekvenciaharmonikusainak azonosítására és a lapátkárosodással vagy aerodinamikai problémákkal kapcsolatos problémák diagnosztizálására.

Hogyan értelmezzük a Cepstrum-diagramot?

1. Forgási periódusok kiszámítása: Mielőtt a cepstrumot megvizsgálnánk, számítsuk ki a fő forgó alkatrészek periódusidejét (pl. egy 1800 ford/perc fordulatszámú vagy 30 Hz-es tengely esetén a periódusidő 1/30 = 0,033 másodperc).
2. Csúcsok keresése ismert időszakokban: Vizsgáld meg a cepstrumot, hogy vannak-e olyan jelentős csúcsok (rahmonikusok), amelyek egybeesnek ezekkel a számított időtartamokkal.
3. Harmonikusok azonosítása: Keress csúcsokat az alapvető kvefrencia egész számú többszöröseinél. Ezek erős harmonikus családok jelenlétét jelzik az eredeti spektrumban.
4. Trendamplitúdók: Figyelje a cepstrum csúcsok amplitúdóját az idő múlásával. A növekvő amplitúdó romló állapotot jelez.

A Cepstrum analízis egy hatékony eszköz, amelynek hatékony használatához tapasztalat szükséges, de összetett gépek, például sebességváltók esetében olyan diagnosztikai tisztaságot biztosíthat, amelyet a spektrumanalízis önmagában nem ér el.

← Vissza a fő tartalomjegyzékhez