Memahami Aliasing dalam Analisis Getaran

Definisi: Apa itu Aliasing?

Aliasing adalah kesalahan pemrosesan sinyal kritis yang dapat terjadi selama analisis digital data getaran. Kesalahan ini terjadi ketika sinyal disampel pada laju yang terlalu rendah untuk menangkap komponen frekuensi tertingginya secara akurat. Akibatnya, frekuensi tinggi ini "melipat" atau "meniru" frekuensi yang lebih rendah dalam spektrum FFT yang dihasilkan, menciptakan puncak frekuensi palsu yang dapat menyebabkan kesalahan diagnosis serius terhadap kondisi mesin.

Teorema Nyquist dan Laju Pengambilan Sampel

Untuk memahami aliasing, seseorang harus terlebih dahulu memahami Teorema Nyquist (juga dikenal sebagai teorema pengambilan sampel Nyquist-Shannon). Prinsip dasar pemrosesan sinyal digital ini menyatakan:

Untuk merepresentasikan sinyal analog secara akurat dalam bentuk digital, frekuensi pengambilan sampel (Fs) harus setidaknya dua kali komponen frekuensi tertinggi (Fmax) yang ada dalam sinyal.

Laju pengambilan sampel minimum (2 * Fmax) ini disebut Tingkat NyquistDalam analisis getaran, frekuensi tertinggi yang dapat diukur secara akurat adalah setengah dari laju pengambilan sampel (Fmaks = Fs / 2). Fmaks ini sering disebut sebagai frekuensi Nyquist.

Bagaimana Aliasing Terjadi?

Bayangkan sinyal getaran frekuensi tinggi yang diukur oleh penganalisis digital. Penganalisis mengambil sampel diskrit (snapshot) dari sinyal tersebut pada laju tetap (frekuensi pengambilan sampel).

• Jika laju pengambilan sampel cukup tinggi (jauh di atas laju Nyquist), penganalisis menangkap jumlah titik yang cukup untuk merekonstruksi bentuk gelombang secara akurat.
• Namun, jika laju pengambilan sampel terlalu rendah, penganalisis akan "melewatkan" apa yang terjadi di antara sampel. Beberapa titik yang ditangkapnya dapat dihubungkan untuk membentuk gelombang sinus berfrekuensi lebih rendah yang sama sekali berbeda. Frekuensi rendah palsu yang baru ini disebut "alias".

Misalnya, jika suatu sinyal mengandung komponen 900 Hz tetapi Fmax penganalisis diatur ke 500 Hz (yang berarti laju pengambilan sampel 1000 Hz), komponen 900 Hz tersebut tidak dapat diukur dengan benar. Komponen tersebut akan "dialias" dan muncul sebagai puncak pada frekuensi yang lebih rendah (khususnya pada Fs – 900 Hz = 1000 – 900 = 100 Hz), yang berpotensi disalahartikan sebagai getaran kecepatan lari 1X.

Mencegah Aliasing: Filter Anti-Aliasing

Mustahil untuk mengetahui terlebih dahulu semua konten frekuensi tinggi (misalnya, dari derau ultrasonik, benturan, atau interferensi frekuensi radio) yang mungkin ada dalam suatu sinyal. Oleh karena itu, mengandalkan pengaturan laju pengambilan sampel yang cukup tinggi bukanlah solusi praktis.

Solusi yang digunakan dalam semua penganalisa getaran digital modern adalah penyaring anti-aliasingIni adalah filter low-pass curam yang ditempatkan di jalur sinyal *sebelum* konverter analog-ke-digital (ADC). Begini cara kerjanya:

1. Pengguna menetapkan frekuensi maksimum yang diinginkan (Fmax) untuk analisis mereka.
2. Berdasarkan Fmax ini, penganalisis secara otomatis menetapkan frekuensi batas filter anti-aliasing sedikit di atas Fmax.
3. Sinyal analog dari sensor melewati filter ini, yang menghilangkan atau melemahkan semua frekuensi di atas titik batas.
4. Hanya sinyal yang disaring dan “bersih” yang kemudian dikirim ke ADC untuk pengambilan sampel.

Dengan menghilangkan frekuensi tinggi yang tidak dapat ditangani oleh laju pengambilan sampel yang dipilih, filter anti-aliasing secara fisik membuat aliasing mustahil terjadi. Filter ini merupakan salah satu komponen terpenting dari penganalisis sinyal digital, yang memastikan bahwa spektrum FFT yang dihasilkan merupakan representasi getaran mesin yang benar dan akurat dalam rentang frekuensi yang dipilih.

← Kembali ke Indeks Utama