La forma d'onda del tempo: il fondamento dell'analisi delle vibrazioni

Definizione: Che cos'è una forma d'onda temporale?

Il forma d'onda del tempo (noto anche come segnale nel dominio del tempo) è il segnale grezzo e non elaborato proveniente da un trasduttore di vibrazione, come un accelerometro o una sonda di prossimità. Si tratta di un grafico che riporta l'ampiezza istantanea della vibrazione sull'asse verticale (Y) in funzione del tempo sull'asse orizzontale (X). È una rappresentazione diretta del movimento fisico avanti e indietro della macchina in corrispondenza del sensore in un breve intervallo di tempo.

Il ruolo della forma d'onda temporale nella diagnostica

Mentre il spettro di frequenza (FFT) Sebbene sia lo strumento principale per la diagnosi della maggior parte dei guasti dei macchinari in regime stazionario, la forma d'onda temporale è uno strumento indispensabile e complementare. La FFT calcola il contenuto di frequenza *mediato* nel tempo del campione. In questo modo, a volte può oscurare eventi di breve durata, transitori o non periodici. La forma d'onda temporale, tuttavia, mostra esattamente cosa è accaduto momento per momento, rendendola superiore per l'analisi di:

• Eventi impulsivi: Sono chiaramente visibili urti violenti, che spesso sono il primo segno di difetti ai cuscinetti o agli ingranaggi.
• Modulazione e battiti: Il classico schema di ascesa e caduta di percosse è visibile più chiaramente nella forma d'onda temporale.
• Eventi transitori: Può catturare eventi casuali e una tantum che verrebbero mediati in una FFT.
• Taglio del segnale: Mostra immediatamente se il segnale del sensore ha superato l'intervallo di ingresso dell'analizzatore, il che invaliderebbe la FFT.
• Strofinamenti: I segnali netti e distorti causati dallo sfregamento del rotore sono spesso più evidenti nella forma d'onda.

Un analista esperto esamina sempre sia lo spettro che la forma d'onda temporale per ottenere un quadro completo dello stato di salute della macchina.

Come analizzare una forma d'onda temporale

L'analisi di una forma d'onda temporale implica l'esame della sua forma e delle sue caratteristiche principali.

1. Ampiezza di picco

L'ampiezza massima (picco) nella forma d'onda è una misura diretta della forza o dello stress massimo di un evento. Un'ampiezza di picco elevata in un segnale altrimenti a bassa energia è un forte indicatore di impatto.

2. Forma generale

Una macchina sana e ben bilanciata avrà spesso una forma d'onda sinusoidale pulita alla frequenza di rotazione. Distorsioni in questa forma indicano la presenza di altre frequenze o forze. Un aspetto "appiattito" o "tagliato", ad esempio, è un classico segno di allentamento meccanico in cui il movimento del componente è vincolato.

3. Modelli ripetitivi e periodicità

Posizionando i cursori sul grafico, un analista può misurare il tempo che intercorre tra eventi ripetuti.

• Misurando il tempo tra i picchi principali si ottiene il periodo della vibrazione fondamentale, che può essere invertita per trovare la sua frequenza (Frequenza = 1 / Periodo).
• La ricerca di impatti più piccoli e ripetitivi che “cavalcano” la forma d’onda principale può aiutare a identificare la frequenza precisa dei guasti ai cuscinetti o agli ingranaggi.

4. Parametri statistici

I valori statistici calcolati dalla forma d'onda temporale sono potenti indicatori diagnostici:

• RMS (valore quadratico medio): Misura il contenuto energetico complessivo del segnale.
• Fattore di cresta: Rapporto tra l'ampiezza di picco e il valore RMS. Un fattore di cresta elevato (>>3) indica la presenza di un forte impatto.
• Curtosi: Misura del "picco" del segnale. Un valore di curtosi elevato è altamente sensibile ai guasti iniziali dei cuscinetti.

Forma d'onda vs. spettro: una partnership

La forma d'onda temporale e lo spettro di frequenza sono due visualizzazioni diverse degli stessi dati e funzionano meglio insieme:

• Il spettro eccelle nel separare più frequenze ravvicinate e in stato stazionario.
• Il forma d'onda eccelle nel mostrare la vera ampiezza degli impatti e la natura degli eventi non stazionari.

Ad esempio, lo spettro potrebbe mostrare un rumore di fondo elevato, ma la forma d'onda rivelerà che la causa è una serie di impatti ripetitivi e di bassa ampiezza derivanti da un guasto in via di sviluppo del cuscinetto.

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