Comprensione dell'analisi spettrale

1. Definizione: Che cos'è l'analisi spettrale?

Analisi spettrale è il processo di acquisizione di un segnale complesso, come un forma d'onda del tempo da un sensore di vibrazione e scomponendolo nelle sue singole componenti di frequenza. L'obiettivo principale dell'analisi spettrale è trasformare il segnale dal dominio del tempo (visualizzando l'ampiezza rispetto al tempo) al dominio della frequenza (visualizzando l'ampiezza rispetto alla frequenza).

L'output di questo processo è un spettro (plurale: spettri), che è un grafico che mostra l'ampiezza della vibrazione a ciascuna frequenza specifica. L'analisi spettrale è la tecnica più fondamentale e potente in diagnostica delle vibrazioni, poiché consente a un analista di identificare le firme di frequenza univoche associate a diversi guasti delle macchine.

2. Il ruolo del Trasformata di Fourier veloce (FFT)

L'analisi spettrale moderna è resa possibile da un algoritmo altamente efficiente chiamato Trasformata di Fourier veloce (FFT)La FFT è una procedura matematica programmata in ogni digitale analizzatore di vibrazioniPrende come input i dati digitalizzati della forma d'onda temporale e produce come output lo spettro di frequenza.

La FFT consente di visualizzare un segnale complesso e apparentemente caotico, molto difficile da interpretare nel dominio del tempo, come una serie chiara di picchi di frequenza distinti nel dominio della frequenza.

3. Il potere diagnostico dello spettro

Il motivo per cui l'analisi spettrale è così efficace è che diversi problemi meccanici ed elettrici nei macchinari rotanti generano vibrazioni a frequenze caratteristiche e prevedibili. Esaminando lo spettro, un analista può diagnosticare la causa principale di un problema abbinando le frequenze dei picchi a un modello di guasto noto.

Esempi comuni includono:

• Un grande picco a 1X il velocità di corsa spesso indica sbilanciare.
• Un picco elevato a 2 volte la velocità di corsa è un classico segno di disallineamento.
• Una serie di picchi a multipli non interi della velocità di corsa può indicare difetti dei cuscinetti.
• Un picco di elevata ampiezza alla frequenza di maglia dell'ingranaggio (GMF) con bande laterali indica difetti degli ingranaggi.
• Un picco a 2 volte la frequenza della linea elettrica può indicare un problema allo statore del motore.

4. Parametri chiave nell'analisi spettrale

Per acquisire uno spettro utile, un analista deve definire diversi parametri chiave:

• Fmax (frequenza massima): Questa è la frequenza più alta che verrà inclusa nello spettro. Deve essere impostata su un valore sufficientemente alto da catturare le frequenze dei guasti sospetti (ad esempio, frequenze elevate per problemi agli ingranaggi).
• Risoluzione (linee di risoluzione): Questo determina il livello di dettaglio dello spettro. Un numero maggiore di linee fornisce una migliore risoluzione in frequenza, il che significa che l'analizzatore può distinguere tra due picchi di frequenza molto vicini tra loro. Questo è fondamentale per l'identificazione delle bande laterali nell'analisi del cambio.
• Media: Per ottenere uno spettro pulito e stabile, l'analizzatore acquisisce più "istantanee" dei dati e ne calcola la media. Questo rimuove il rumore casuale e fornisce una rappresentazione più accurata della reale vibrazione in stato stazionario.
• Finestratura: Una funzione matematica (come una finestra di Hanning) viene applicata ai dati per prevenire un errore di elaborazione chiamato perdita spettrale, che può distorcere le ampiezze e le forme dei picchi di frequenza.

In sostanza, l'analisi spettrale è il fulcro della moderna diagnostica delle vibrazioni, poiché fornisce una chiara visione "a raggi X" delle forze e dei movimenti che si verificano all'interno di una macchina.

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