A szinkron átlagolás megértése
Szinkron átlagolás - más néven időtartománybeli átlagolás vagy időszinkron átlagolás (TSA) - egy jelfeldolgozási technika a rezgéselemzés amely fokozza a periodikus, sebesség-szinkron rezgés miközben elnyomja a véletlenszerű zajt és minden olyan rezgést, amely nincs rögzítve a tengely forgásához. A módszer a rezgést ismételten sok tengelyfordulaton keresztül veszi, minden egyes blokkot egy-egy fordulatonként egyszeri fordulatszámmérő impulzus, majd átlagolja a megfelelő pontokat minden egyes fordulaton. A minden fordulaton azonos módon ismétlődő komponensek egymást erősítik, míg a véletlenszerű zaj és a aszinkron komponensek megszűnnek, ami drámai javulást eredményez a jel-zaj arányban. Különösen hatékony a fogaskerékdiagnosztikában - egy fogaskerék fogaskerék-nyomvonalának elkülönítése -, és olyan finom periodikus mintákat képes feltárni a zajban, amelyek teljesen láthatatlanok lennének egy közönséges mérőműszerben. időhullámforma vagy FFT spektrum.
1. Hogyan működik a szinkron átlagolás
A folyamat lépésről lépésre
- Indítójel: egy fordulatszámmérő egyszeri impulzusa vagy kulcsfázis határozza meg az egyes fordulat kezdetét.
- Adatszegmentálás: A rezgésjel egyenlő hosszúságú szegmensekre van osztva, fordulatonként egy
- Kijelölés: minden szegmens a saját trigger-impulzusához igazodik, így közös szögindítási pontjuk van.
- Pontonkénti átlagolás: az összes szegmens megfelelő mintáit együttesen átlagolják.
- Eredmény: egyetlen átlagolt hullámforma, amely egy idealizált fordulatot képvisel.
- Zajcsökkentés: a véletlen komponensek statisztikailag kioltják, míg a periodikus komponensek erősítik.
A mögötte álló matematika
- Periodikus, fáziseltolásos jelek összege következetesen (fázisban adódnak össze, lineárisan nőnek az átlagok számával).
- Véletlen zajösszegek összefüggéstelenül (statisztikailag kioltja, csak a szám négyzetgyökével növekszik).
- A jel-zaj viszony javulása ezért arányos a következőkkel √N, ahol N az átlagok száma.
- Például 100 átlagolás 10-szeresére (20 dB) javítja az SNR-t; 400 átlagolás 20× (26 dB).
Mivel a kiváltás magától a tengelytől származik, a szinkron átlagolás természeténél fogva egyfajta megrendeléselemzés - az átlagolt rekord a tengelyszöghez van rögzítve, nem pedig az óraidőhöz, így tolerálja a kis sebességeltolódást, amely egy hagyományos, fix mintavételi sebességű FFT-t elkenne.
2. Alkalmazások
Sebességváltó diagnosztika - a zászlóshajó használata
Ez a leggyakoribb és legerősebb alkalmazás.
- Fogaskerék-hálózat szigetelése: az érdeklődésre számot tartó fogaskerékkel szinkronban történő átlagolás fokozza a fogaskerék hálós mintázat miközben elnyomja a többi fogaskerék és a csapágyak, segít megerősíteni, hogy fogaskerék-hibák.
- Fogankénti elemzés: az átlagolt hullámforma világosan megmutatja az egyes fogakat, a sérült fog az egyébként ismétlődő mintázatban lokalizált eltérésként jelenik meg, és az eltérés lehetővé teszi az alábbiak azonosítását. amely a fog sérült, és mérje fel annak súlyosságát.
Egyéb alkalmazások
- Csapágyelemzés javítása: a külső futamidőszakra történő átlagolás elszigeteli és felerősíti az időszakos hatásokat. csapágyhiba, átvágva más források elfedését - különösen hasznos nagy zajjal járó környezetben.
- Torziós rezgés: fokozza a forgással szinkronban lévő alkatrészeket, miközben elnyomja az oldalirányú rezgést és a zajt, feltárva a torziós rezonanciák és gerjesztés.
- Kiegyensúlyozottság: javítja a pontosságot amplitúdó és fázis mérés zajos körülmények között, így megbízhatóbb befolyásossági együttható meghatározás.
3. Előnyök
- Zajcsökkentés: a jel-zaj arány drámai javulása, amely 20-30 dB-rel a zajszint alatt eltemetett jeleket képes kinyerni, lehetővé téve a méréseket valóban zord környezetben is.
- Hibaelkülönítés: elkülöníti egy alkatrész aláírását a többitől - például egy sebességváltóban a fogaskerék-hálózatot a fogaskerék-hálózattól -, és így azonosítja, hogy melyik alkatrész hibás.
- Fokozott felbontás: feltárja a finom mintákat és hibákat, megmutatja a nyers jelben elrejtett részleteket, és lehetővé teszi a valóban korai mérést. hibaészlelés.
4. Követelmények és korlátozások
Mit igényel
- Fordulatszámmérő: a megbízható, fordulatonkénti egyszeri kioldás elengedhetetlen - e nélkül a módszer nem tudja összehangolni a szegmenseket.
- Állandó sebesség: a sebességnek ésszerűen állandónak kell lennie, jellemzően ±1-2%-en belül.
- Elégséges átlagok: általában 50-200 fordulat a jó eredményhez.
- Periodikus jel: csak a valóban periodikus, fázishelyzetben lévő komponensek javulnak.
Hol marad el
- Elnyomja a nem szinkron hibákat: véletlenszerű hibák és a legtöbb csapágyhiba-frekvenciák a csökkentett, így a technika rossz eszköz, ha ezekre vadászik (használja a burkológörbe-elemzés helyette).
- Sebességváltozások: a változó sebesség az átlagolási ablak alatt elmosódik az eredmény.
- Időigény: az adatokat sok fordulaton keresztül kell gyűjteni.
- Nem valós időben: némi utófeldolgozásra van szükség.
5. Összehasonlítás más technikákkal
Szinkron átlagolás vs. lineáris átlagolás
- Szinkron: időbeli átlagok, forgatáshoz rögzítve, és javítja a periodikus komponenseket.
- Lineáris: átlagolja az FFT-spektrumokat, és válogatás nélkül csökkenti a véletlenszerű eltéréseket az összes frekvencián.
- Felhasználási esetek: szinkron a fogaskerekekhez és bizonyos alkatrészekhez; lineáris az általános spektrumsimításhoz.
Szinkron átlagolás vs burkológörbe elemzés
- Szinkron átlagolás: időtartományban, javítja a periodikus mintákat.
- Burkológörbe-elemzés: frekvenciatartományban érzékeli az ismétlődő ütéseket, mint például a kifröccsent futócsatornából származó ütéseket.
- Kiegészítő: a kettő kombinálható az átfogó elemzéshez - átlagolja ki a fogaskerék-hálózatot, majd borítsa be a maradékot, hogy megtalálja a csapágyhibát.
6. Gyakorlati végrehajtás
Beállítás, gyűjtés és értelmezés
- Beállítás: telepítsen egy olyan fordulatszámmérőt, amelynek impulzusa fordulatonként egyszeri - egy csíknyi fényvisszaverő szalag az optikai szedővel a szokásos helyszíni választás - állítsa be az átlagok számát (50-200), határozza meg a jel hosszát (egy fordulat, tíz fordulat stb.), és ellenőrizze a sebesség stabilitását.
- Adatgyűjtés: az adatokat az átlagolási időszak alatt; a műszer automatikusan szegmentálja és átlagolja, megjeleníti az átlagolt hullámformát, és gyakran kiszámítja az átlagolt jel FFT-jét, hogy egy kibővített spektrumot kapjon.
- Értelmezés: megvizsgálja az átlagolt hullámformát periodikus mintázatokra, keresi a hibákra utaló eltéréseket, összehasonlítja az ismert jó hullámformával. alapvonal jelek, és az eltérés amplitúdójából számszerűsíti a súlyosságot.
A terepen ez az egész munkafolyamat a tiszta fázisreferencián múlik. Egy hordozható kétcsatornás műszer, mint például a Balanset-1A pontosan ezt biztosítja: optikai lézeres tachométere egy kis darab fényvisszaverő szalagról indít a tengelyen, amely az egyes átlagoló ablakokat rögzítő, fordulatonként egyszeri impulzust adja - ugyanazt az impulzust, amelyet a műszer már használ a méréshez. helyszíni kiegyensúlyozás. Stabil triggerrel és egyenletes sebességgel egy átlagolt hullámforma, amelynek rögzítése másodpercekig tartott, egyetlen letört fogaskerékfogat is felfedhet, amelyet a nyers spektrum teljesen eltüntetett.
7. Haladó variációk
- Fogaskerék-szinkron átlagolás: a tengely helyett a fogaskerékről történő indítás az adott fogaskerékhez tartozó hálómintázatot mutatja, bár ehhez kódolóra vagy többimpulzusos tachométerre van szükség.
- Többrendű átlagolás: egyszerre több rendelés átlagolása az 1×, 2× és 3× komponensek szétválasztása és átfogó rendelési tartalom megadása érdekében.
- Különbségjelzés: Az átlagolt jel kivonása a nyers jelből egy maradékot hagy, amely pontosan azt tartalmazza, amit eltávolítottak - az aszinkron tartalmat -, ami hasznos módja a csapágyhibák feltárásának, miután a fogaskerék-hálózatot eltávolították.
A szinkron átlagolás egy kifinomult technika, amely drámaian javítja a periodikus, sebességszinkron minták láthatóságát, miközben elnyomja a zajt és az aszinkron komponenseket. A módszer elsajátítása lehetővé teszi a fejlett sebességváltó diagnosztikát, a zajos környezetben a hibák korai felismerését, valamint az egyébként áthatolhatatlan gépeken belül az egyes komponensek jelének tiszta elkülönítését.
