Cepstrum analízis a rezgésdiagnosztikában
Cepstrum elemzés egy fejlett jelfeldolgozási technika, amely feltárja a periodikus struktúrát. belül frekvencia spektrum. A “cepstrum” elnevezés a “spektrum” anagrammája, és ez a szójáték pontosan kifejezi természetét: ez gyakorlatilag a “spektrum spektruma”. A számítás úgy történik, hogy veszik egy frekvencia spektrum majd az eredményen inverz Fourier-transzformációt hajt végre, amely lépés az ismétlődő mintákat - családokat - összevonja. felharmonikusok vagy oldalsávok - egyetlen, könnyen leolvasható csúcsokba, amelyeket a nyers spektrumban nehéz lehet kivenni. Az olyan összetett gépek, mint például a sebességváltók esetében ez olyan egyértelműséget biztosít, amelyet a közönséges FFT elemzés gyakran nem képes.
A cepsztrum ábrán az x-tengelyt úgy hívják Kvefrencia (a frekvencia anagrammája) és időegységeket hordoz. A tengely mentén lévő csúcsok, az úgynevezett rahmonika, az eredeti spektrumban jelen lévő ismétlődő minták időtartamát adja meg - másodpercekben -. A szándékosan átrendezett szókincs (cepstrum, quefrency, rahmonics) állandóan emlékeztet arra, hogy a technika egy, a megszokottól egy transzformációval távolabb eső tartományban működik.
1. Miért érdemes a Cepstrum-elemzést használni?
A szabványos FFT spektrum kiválóan alkalmas az egyes frekvenciakomponensek azonosítására, de zavarossá és nehezen olvashatóvá válhat, ha egy hiba egyszerre sok felharmonikust és oldalsávot generál. A Cepstrum-elemzés átvágja ezt a zűrzavart azáltal, hogy az egyenletes távolságban lévő frekvenciák egész családját egyetlen egyértelmű csúcsba foglalja. Elsődleges felhasználási területei:
- Harmonikus családok felismerése: azonosítja az alapfrekvenciát és annak felharmonikusait még akkor is, ha maga az alapfrekvencia gyenge vagy hiányzik a spektrumból.
- Oldalsávcsaládok azonosítása: kiválóan alkalmas az alacsony amplitúdójú és zajban eltemetett oldalsávok megtalálására, jelenlétük egyértelmű kimutatására és távolságuk mérésére.
- A forrás- és az útvonalhatások szétválasztása: egyes alkalmazásokban segít elkülöníteni a rezgésforrás jelét a rezgést színező gép szerkezeti válaszától.
- Visszhangérzékelés: képes a jelben lévő visszhangokat vagy visszaverődéseket kiszűrni.
A kulcsgondolat az átalakítás: egy rendszeres térköz a frekvenciatartományban - mondjuk 30 Hz-enként oldalsávok - egyetlen pozíció a quefrency tartományban (itt egy rahmonikus 1/30 = 0,033 s). A sok különböző magasságú, szétszórt csúcs így egyetlen mérhető jellemzőre redukálódik.
2. A gépdiagnosztika legfontosabb alkalmazásai
2.1 Sebességváltó diagnosztika
Ez a leggyakoribb és legerősebb alkalmazás. Egy sérült fogaskerékfog modulálja a fogaskerék-kapcsolási frekvencia (GMF), a GMF-csúcs körül a hibás fogaskerék fordulatszámának megfelelő távolságban lévő oldalsávokat hozva létre. Egy több tengelyt és fogaskerékpárt tartalmazó sebességváltóban a spektrum a különböző GMF-ek és oldalsávjaik zavaros keverékévé válik. A cepstrum átvágja ezt a bonyolultságot:
- Egy csúcsérték a fogaskerék forgási periódusának (1 / fordulat/perc) megfelelő kvefrenciánál egyértelműen jelzi az adott fogaskerék hibáját, és inkább a hibás tengelyt jelöli ki, minthogy csak megerősíti a “fogaskerékproblémát”.
- A cepstrum csúcs amplitúdóját lehet követni, hogy nyomon kövessük, hogy a fogaskerekek kopása az idő előrehaladtával.
Ez inkább kiegészíti, mint helyettesíti a közvetlen spektrális munkát: a Fogaskerekek fogazási frekvenciájának számítója megmondja, hogy milyen háló- és oldalsáv-frekvenciákra számíthat, majd a cepstrum megerősíti, hogy melyik család növekszik. Mindkettő egy teljesebb diagnózisba kerül fogaskerék-hibák.
2.2 Gördülőelemes csapágyelemzés
A csapágyhibák szintén oldalsávokat generálnak. A belső futófelület hibája például a belső futófelület hibájának frekvenciája körüli tengelyfordulatszámonként oldalsávokat hoz létre (BPFI) és annak felharmonikusai. A cepstrum segít megerősíteni ezeket a mintákat, különösen akkor, ha azok nem nyilvánvalóak a spektrumban. A gyakorlatban az előre jelzett csapágyhiba-frekvenciák - könnyen beszerezhető egy Csapágyhiba gyakorisági számológép - és gyakran párosítják burkológörbe-elemzés, amely demodulálja a csapágyhibák által gerjesztett nagyfrekvenciás ütéseket.
2.3 Turbógépek elemzése
A turbinákban és kompresszorokban a cepstrum azonosítani tudja a következőket pengeátmenetes frekvencia felharmonikusok és segít diagnosztizálni a penge sérülését vagy aerodinamikai problémák, ahol sok, szorosan egymás mellett elhelyezkedő, lapátokkal kapcsolatos felharmonikus egyébként túlzsúfolná a spektrumot.
3. Hogyan értelmezzünk egy Cepstrum ábrát?
A fegyelmezett olvasás négy lépésben történik:
- Először számítsa ki a forgási periódusokat: Mielőtt megnézné a cepstrumot, számítsa ki a fő forgó komponensek időperiódusait. Egy 1800 fordulat/perc (30 Hz) fordulatszámú tengely esetében az időtartam 1/30 = 0,033 s. A Harmonikus frekvencia számológép felgyorsítja a fordulatszám-hertz átalakításokat a hajtáslánc minden tengelyén.
- Keresse a csúcsokat ismert időszakokban: vizsgálja meg a cepsztrumot, hogy nem talál-e olyan jelentős rahmonikus értékeket, amelyek egybeesnek ezekkel a számított periódusokkal, mivel egy ismert periódusnál lévő csúcs egyenesen egy ismert komponensre mutat.
- A harmonikus szerkezet azonosítása: az alapfrekvencia egész számú többszörösénél lévő csúcsokat keressük, amelyek az eredeti spektrumban erős harmonikus családokat jeleznek.
- Az amplitúdók alakulása: a cepstrum csúcsok magasságának időbeli követése - az emelkedő amplitúdó romló állapotot jelez, így a cepstrum csúcs kompakt egészségügyi indikátorrá válik a trendi.
4. A Cepstrum helye a diagnosztikai eszköztárban
A cepstrum-elemzés nagy teljesítményű, de jó alkalmazása tapasztalatot igényel; a legjobb, ha egy szélesebb körű programon belül egy speciális eszközként kezeljük. rezgésdiagnosztika és nem egy önálló válasz. A szokásos munkafolyamat az, hogy a spektrummal kezdünk és spektrális analízis, nyúljon a cepstrumhoz, amikor az oldalsávok vagy harmonikusok sűrű családjai elhomályosítják a képet, és erősítse meg a csapágyhatásokat burkológörbe-módszerekkel. A legtöbb hiba, amelyet a cepstrum feltár - fogaskerékfogak és csapágyak hibái - inkább diagnosztikai megállapítások, mint kiegyensúlyozási problémák, így a cepstrum az elemzési szakaszban van, amely megelőzi a korrekciós intézkedéseket. Ha kiderül, hogy az alapprobléma kiegyensúlyozatlanság a üzemi fordulatszám, egy hordozható analizátor, mint például a Balanset-1A a helyszínen méri a korrekcióhoz szükséges 1×-es amplitúdót és fázist, míg a cepstrum az általa legjobban diagnosztizált fogaskerék- és csapágyhibákra összpontosít. Összetett gépek esetében ez a kombináció olyan diagnosztikai egyértelműséget biztosít, amelyet a spektrumanalízis önmagában nem tud elérni.
