ズームFFTの理解
定義: Zoom FFT とは何ですか?
ズームFFT （高解像度FFTまたは周波数ズームとも呼ばれる）は、高度な 高速フーリエ変換 ズームFFTは、スペクトル全体ではなく、選択された狭い周波数帯域内で非常に高い周波数分解能を提供する技術です。0～1000Hzを1Hz分解能（1000ライン）で分析する代わりに、ズームFFTでは95～105Hzを0.01Hz分解能（同じく1000ラインですが、狭い帯域に集中）で分析します。この解像度の劇的な向上により、例えば サイドバンド, 正確な周波数識別、および特定のスペクトル領域の詳細な分析が可能です。.
ズーム FFT は、モーターのローター バーの欠陥 (スリップ周波数サイドバンドの解決)、ギアの問題 (変調パターンの識別)、および標準の FFT 分析では結合される近接したピークに重要な診断情報が存在する状況の診断に不可欠です。.
ズームFFTが必要な理由
標準FFTの解像度の制限
標準 FFT には基本的な解像度の制限があります。
- 解像度 = Fmax / ライン数
- 例: 0～1000 Hz の範囲、800 ライン → 1.25 Hz の解像度
- 問題: ピークを区別できない 1.25 Hz未満
- スリップ周波数: 多くの場合0.5～2Hz、サイドバンドを見るにはより高い解像度が必要
解像度のトレードオフの改善
- Fmaxを下げる: 0～100Hzでは0.125Hzの解像度が得られる（より良い）が、高周波コンテンツが失われる
- 行を増やす: 8000行で0.125Hzとなるが、処理時間とメモリを大量に消費する
- ズームFFT: 関心帯域の高解像度と合理的な処理を組み合わせる
ズームFFTの仕組み
基本的なプロセス
- 周波数帯域を選択: 中心周波数と帯域幅を選択します（例：100 Hz ± 10 Hz）
- 周波数シフト: 選択したバンドをDC（ベースバンド）付近までデジタルシフトする
- デシメーション: 帯域幅の狭まりに応じてサンプルレートを下げる
- FFT計算: 低速信号に対してFFTを実行する
- 結果： 選択された狭帯域の高解像度スペクトル
解像度ゲイン
- フルスパンの1/10にズームすると、10倍の解像度が得られます
- 例: 1 Hz 解像度で 0 ～ 1000 Hz → 0.01 Hz 解像度で 95 ～ 105 Hz にズーム
- ゲイン = (フルスパン / ズームスパン)
アプリケーション
1. モーターローターバーの欠陥検出
クラシックズーム FFT アプリケーション:
- 問題： スリップ周波数サイドバンド（0.5～2 Hz間隔）が近すぎて、標準FFTでは解決できない
- 解決策 0.1 Hz以上の解像度で、実行速度の1倍付近でFFTをズームします。
- 結果： 明確に分離されたサイドバンドが明らかに 破損したローターバー
- 分析： サイドバンド振幅は破線の数を示す
2. ギア診断
- ギアの噛み合い周波数を拡大表示する
- シャフト速度間隔でサイドバンドを解決
- 狩猟歯の頻度パターンを特定する
- ピニオンとギアのサイドバンドを区別する
3. ベアリング解析
- ベアリングの故障頻度を拡大表示する
- サイドバンド構造を解明する
- 正確な故障頻度を決定する（計算値と比較）
- 変調パターンを分析する
4. 電気周波数解析
- ライン周波数または2倍のライン周波数にズーム
- 電流関連振動におけるスリップ周波数サイドバンドを解析する
- ポールパス周波数を正確に特定する
5. 臨界速度研究
- 疑わしい固有振動数を拡大表示する
- 共振周波数を正確に決定する
- 減衰計算のための共振ピーク幅の測定
操作手順
設定
- 標準FFT まず: 関心のある周波数領域を特定する
- 中心を選択: ズームの中心周波数を選択
- スパンを選択: ズーム帯域幅を選択（高解像度の場合は狭くする）
- パラメータを設定します: 行数（通常は標準FFTと同じ）
- データの取得: 機器はズームFFTを実行します
一般的な設定
- モーターサイドバンド: 中心1×（30 Hz）、スパン±10 Hz、800ライン → 0.025 Hz分解能
- ギアメッシュ: GMF（600 Hz）を中心とし、スパン±50 Hz、1600ライン → 0.0625 Hzの分解能
- ベアリング不良: BPFO（150 Hz）を中心とし、スパン±25 Hz、800ライン → 0.0625 Hzの分解能
利点
高解像度
- 標準FFTよりも10～100倍優れた解像度
- そうでなければ区別できないピークを分離します
- 診断の詳細を明らかにする
計算効率
- 全スペクトルにわたって線を増やすよりも効率的
- より高速な処理
- 必要なメモリが少ない
高精度周波数測定
- 正確なピーク周波数を決定する
- 理論計算と比較する
- 故障診断の検証
制限事項
ナローバンドのみ
- 選択した周波数領域のみを表示します
- ズームバンド外の情報を見逃す
- ズームする場所を大まかに知っておく必要があります
- 概要を確認するにはまず標準FFTが必要です
必要なユーザー知識
- 適切なズーム領域を選択する必要があります
- 何を探すべきか理解する必要がある
- 一般的なスクリーニングには適していません
- 標準的なFFTよりも複雑
時間投資
- 標準FFTを超える追加測定
- セットアップとパラメータ選択時間
- 重要な機器や確認された問題に対して正当化される
ズームFFTは、モーターの電気的故障、ギアの欠陥、ベアリングの問題などの診断に不可欠な、近接した振動成分を分離するために必要な高周波数分解能を提供する強力なスペクトル解析ツールです。ズームFFT技術を習得すること、つまり、ズームFFTをいつ使用するか、適切なパラメータを選択する方法、そして得られた高解像度スペクトルを解釈することは、複雑な機械における高度な振動解析と詳細な故障診断に不可欠です。.
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