A teljesítményspektrum-sűrűség megértése
Definíció: Mi a teljesítményspektrum-sűrűség?
Teljesítmény spektrális sűrűsége (PSD) a következő reprezentációja: rezgés energiaeloszlás a frekvencián, egységnyi frekvenciasávszélességre jutó energiaként kifejezve (m/s²)²/Hz a gyorsuláshoz, (mm/s)²/Hz a sebességhez). Ellentétben egy szabványos amplitúdóspektrum Amely az egyes frekvenciák amplitúdóját mutatja, a PSD pedig azt mutatja, hogyan oszlik el a rezgési teljesítmény a frekvencia mentén, az értékeket a frekvenciafelbontás sávszélességével normalizálva. Ez a normalizálás függetlenné teszi a PSD-t az elemzési sávszélességtől, lehetővé téve a különböző felbontási beállításokkal mért spektrumok értelmes összehasonlítását.
A PSD különösen fontos a véletlenszerű rezgések elemzéséhez (ahol az energia folyamatosan oszlik el a frekvencián, ahelyett, hogy diszkrét csúcsokra koncentrálódna), a zajelemzéshez, valamint a sávszélességtől független spektrális jellemzést igénylő alkalmazásokhoz, mint például a rezgésvizsgálat és a környezeti minősítés.
PSD vs. amplitúdóspektrum
Amplitúdóspektrum
- Rezgést mutat amplitúdó minden frekvencián
- Mértékegységek: mm/s, m/s², mils stb.
- Csúcsamplitúdók diszkrét frekvenciákon (kiegyensúlyozatlanság, csapágyhibák)
- Az értékek az FFT felbontási sávszélességétől függenek.
- Standard kijelző gépdiagnosztikához
Teljesítményspektrum-sűrűség
- A sávszélesség Hz-enkénti rezgési teljesítményét mutatja
- Mértékegységek: (mm/s)²/Hz, (m/s²)²/Hz stb.
- Energiaeloszlás a frekvencián
- Független az elemzési sávszélességtől
- Standard véletlenszerű rezgéselemzéshez
Kapcsolat
- PSD = (amplitúdó)² / Δf
- Ahol Δf = frekvenciafelbontás (sorszélesség)
- A négyzetre emelés a nagy amplitúdókat hangsúlyozza
- A normalizálás sávszélesség-függetlenné teszi
Alkalmazások
1. Véletlenszerű rezgéselemzés
Elsődleges PSD alkalmazás:
- Véletlenszerű folyamatok: Turbulencia, útrezgés, szeizmikus, akusztikus
- Folyamatos spektrumok: Az energia a frekvencián eloszlik, nem különálló csúcsok
- Statisztikai leírás: A PSD leírja a véletlenszerű folyamatenergia-eloszlást
- Szabványos formátum: Rezgésvizsgálati előírások PSD-ben
2. Szélessávú zaj jellemzése
- Kavitáció zaj a szivattyúkban
- Turbulens áramlási zaj a ventilátorokban
- Aerodinamikai zaj
- Csapágyhiba-zaj jellemzése
3. Sávszélességtől független összehasonlítás
- Hasonlítsa össze a különböző FFT beállításokkal mért spektrumokat
- Különböző eszközökből vagy felbontásokból származó adatok
- Történelmi adatok különböző elemzési paraméterekkel
- A PSD értékek közvetlenül összehasonlíthatók a sávszélességtől függetlenül
4. Környezeti tesztelés
- A rezgésteszt specifikációi PSD és frekvencia formájában vannak megadva.
- PSD-alapú rázóasztal-vezérlés
- Termékminősítési tesztelés
- Ütés- és rezgési szabványok
PSD kiszámítása
FFT-ből
- Számítsa ki a rezgésjel FFT-jét
- Négyzetre emeljük az egyes amplitúdóértékeket
- Oszd el a frekvenciafelbontással (Δf = Fmax / Vonalak száma)
- Eredmény: PSD (egység)²/Hz-ben
Egységek
- Gyorsulás PSD: (m/s²)²/Hz vagy g²/Hz
- Sebesség PSD: (mm/s)²/Hz vagy (hüvelyk/s)²/Hz
- Elmozdulás PSD: (µm)²/Hz vagy (mils)²/Hz
- Gyakran ábrázolva: Logaritmikus skála (dB a referenciához viszonyítva)
PSD-diagramok értelmezése
Lapos spektrum (fehér zaj)
- Állandó PSD a frekvencián
- Egyenlő energia Hz-enként minden frekvencián
- A szélessávú véletlenszerű rezgés jellemzői
- Példa: Ideális véletlenszerű rezgés teszteléshez
Ferde spektrum (színes zaj)
- A PSD a frekvenciával változik
- Emelkedő meredekség: több energia magas frekvenciákon
- Csökkenő meredekség: több energia alacsony frekvenciákon (gyakori a gépeknél)
- A meredekség az energia frekvenciaeloszlását jelzi
Csúcsok a PSD-ben
- A diszkrét frekvenciakomponensek az általános szint feletti csúcsokként jelennek meg.
- A rezonanciák emelkedett PSD régiókként jelentkeznek
- Képes azonosítani az energiához hozzájáruló domináns frekvenciákat
Kapcsolat az RMS-szel és a teljes energiával
Teljes energia a PSD-ből
- PSD integrálása a teljes frekvenciatartományban
- Eredmény: Négyzetes középérték
- A négyzetgyök adja az RMS értéket
- RMS = √[∫ PSD(f) df]
Energia frekvenciasávokban
- PSD integrálása adott frekvenciatartományon keresztül
- Energiát ad abban a sávban
- Hasznos a különböző frekvenciatartományok hozzájárulásának felmérésére
A PSD előnyei
Szanálási függetlenség
- A PSD értékek összehasonlíthatók az FFT felbontástól függetlenül
- Lehetővé teszi a korábbi adatok összehasonlítását különböző beállításokkal
- Szabványosítja az elemzést a különböző eszközök között
Energiaábrázolás
- Közvetlenül képviseli a rezgési energia eloszlását
- A négyzetes értékek hangsúlyozzák a domináns frekvenciákat
- Természetes az energiaalapú elemzéshez
Statisztikai keretrendszer
- A PSD a véletlenszerű rezgéselmélet alapja
- Valószínűségi elemzést tesz lehetővé
- Támogatja a kifáradási élettartam előrejelzését véletlenszerű terhelés alapján
Mikor használjunk PSD-t?
Használja a PSD-t, ha:
- Véletlenszerű rezgés vagy zaj elemzése
- Adatok összehasonlítása különböző elemzési sávszélességekkel
- A PSD formátumú tesztspecifikációk követése
- Szélessávú folyamatok jellemzése
- Energia alapú elemzés szükséges
Használja az amplitúdóspektrumot, ha:
- Rutin gépdiagnosztika
- Diszkrét hibafrekvenciák azonosítása
- Felkapott specifikus komponensek
- Az amplitúdóértékek közvetlenül értelmezhetőek
A teljesítményspektrális sűrűség (PSD) alapvető koncepció a véletlenszerű rezgéselemzésben, és sávszélesség-független spektrális jellemzést biztosít. Bár a rutin gépdiagnosztikában ritkábban használják, mint az amplitúdóspektrumokat, a PSD elengedhetetlen a véletlenszerű rezgési alkalmazásokhoz, a zajelemzéshez és minden olyan helyzethez, amely különböző elemzési paraméterekkel vagy különböző eszközökkel mért spektrumok összehasonlítását igényli.
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 