Comprendere la coerenza

1. Definizione: cos'è la coerenza?

Coerenza (chiamata anche Funzione di Coerenza) è uno strumento di elaborazione del segnale utilizzato in analisi delle vibrazioni per determinare la qualità e la validità di una misurazione. È un valore compreso tra 0 e 1 che indica quanta parte del segnale di uscita a una data frequenza è causata direttamente dal segnale di ingresso.

• Una coerenza di 1.0 a una frequenza specifica significa che esiste una relazione lineare perfetta tra i due segnali. 100% dell'uscita a quella frequenza è causato dall'ingresso.
• Una coerenza di 0.5 significa che solo 50% dell'energia del segnale di uscita a quella frequenza è linearmente correlata al segnale di ingresso. Il restante 50% è dovuto ad altri fattori come rumore, non linearità o altri ingressi non misurati.
• Una coerenza di 0.0 significa che non esiste alcuna relazione lineare tra i due segnali a quella frequenza.

La coerenza viene calcolata utilizzando la densità spettrale cross-power e richiede un analizzatore multicanale in grado di misurare due segnali simultaneamente.

2. Usi primari della coerenza

La coerenza viene utilizzata principalmente in due aree chiave:

a) Validazione Funzione di risposta in frequenza (FRF) Misure

Questo è l'uso più comune e critico della coerenza. Quando si esegue un test di impatto (o bump test) per misurare una FRF, il grafico di coerenza è essenziale per valutare la qualità dei dati.

• Buona misurazione: Per una FRF valida, la coerenza dovrebbe essere molto vicina a 1,0 alle frequenze corrispondenti ai picchi di risonanza. Se la coerenza è elevata (ad esempio, >0,95), l'analista ha la certezza che la risposta misurata sia stata effettivamente causata dall'impatto del martello e non da vibrazioni di fondo o rumore di misura.
• Misurazione scadente: Se la coerenza diminuisce significativamente in corrispondenza di un picco risonante, ciò indica una misurazione scadente. Ciò potrebbe essere dovuto a un colpo di martello insufficiente, a un ambiente rumoroso o a una risposta strutturale non lineare. L'analista dovrebbe scartare i dati di quell'impatto e riprovare. La coerenza sarà naturalmente bassa in corrispondenza delle anti-risonanze (le "valli" nella FRF), il che è normale.

b) Identificazione della fonte

La coerenza può essere utilizzata per determinare se la vibrazione di una macchina sta causando la vibrazione di un'altra. Ad esempio, se si hanno una pompa e un motore su una base condivisa e si sospetta che il motore stia causando la vibrazione della pompa:

• Procedura: Mettine uno accelerometro sul motore (ingresso) e un secondo accelerometro sulla pompa (uscita). Misura entrambi i segnali simultaneamente e calcola la coerenza.
• Interpretazione: Se la coerenza è alta al motore velocità di corsa, fornisce una solida prova che la vibrazione viene trasmessa dal motore alla pompa attraverso la loro struttura condivisa. Se la coerenza è bassa, è probabile che la vibrazione della pompa sia causata da problemi interni (ad esempio, squilibrio della pompa, cavitazione) e non dal motore.

3. Fattori che riducono la coerenza

Diversi fattori possono far sì che il valore di coerenza sia inferiore a 1,0:

• Rumore di misurazione: Contaminazione del segnale di ingresso o di uscita da parte di rumore estraneo.
• Sistemi non lineari: La coerenza misura solo la relazione *lineare*. Se il sistema non è lineare (ad esempio, a causa di allentamenti, crepe o interazioni fluido-struttura), la coerenza sarà bassa anche in presenza di una relazione causale.
• Ritardi temporali: Un ritardo temporale significativo tra i segnali di ingresso e di uscita può ridurre la coerenza.
• Altri input non misurati: Se l'output è causato da più di una sorgente e se ne misura solo una come input, la coerenza sarà bassa.

In sintesi, la funzione di coerenza è uno strumento di controllo qualità essenziale per le misurazioni avanzate delle vibrazioni, poiché garantisce la validità dei dati FRF e aiuta a identificare i percorsi di trasmissione delle vibrazioni.

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