ಕಂಪನ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯಲ್ಲಿ FFT (ಫಾಸ್ಟ್ ಫೂರಿಯರ್ ಟ್ರಾನ್ಸ್ಫಾರ್ಮ್)
ದಿ ಫಾಸ್ಟ ಫೋರಿಯರ್ ರೂಪಾಂತರ (FFT) ಕಾಲ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಆವೃತ್ತಿ ಕ್ಷೇತ್ರಕ್ಕೆ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಪರಿವರ್ತಿಸುವ ಅತ್ಯಂತ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮ ಗಣಿತೀಯ ಅಲ್ಗೋರಿತಮ್ ಆಗಿದೆ. ಇದರಲ್ಲಿ vibration analysis ಇದು ಮೂಲ, ಸಂಕೀರ್ಣ time waveform — ಸಮಯದ ವಿರುದ್ಧ ಪ್ಲಾಟ್ ಮಾಡಲಾದ ಕಂಪನ ಆಂಪ್ಲಿಟ್ಯೂಡ್ ಅನ್ನು — ಒಂದು ಆವೃತ್ತಿ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್, ಆವೃತ್ತಿಯ ವಿರುದ್ಧ ಪ್ಲಾಟ್ ಮಾಡಲಾದ ಆಂಪ್ಲಿಟ್ಯೂಡ್ ಆಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಒಂದೇ ಪರಿವರ್ತನೆ ಆಧುನಿಕ ಯಾಂತ್ರಿಕ ನಿರ್ಣಯದಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಪ್ರಮುಖ ಮತ್ತು ಮೂಲಭೂತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ; ಇದಿಲ್ಲದೆ, ಕಂಪನ ಸಂಕೇತವು ಓದಲು ಅಸಾಧ್ಯವಾದ ರೇಖಾಚಿತ್ರಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಏನೂ ಅಲ್ಲ.
1. ವ್ಯಾಖ್ಯಾನ: FFT ಎಂದರೇನು?
FFT ಒಂದು ಮಾಪನವಲ್ಲ, ಒಂದು ಗಣನೆ. ಇದು Discrete Fourier Transform ನ ವೇಗವಾದ ಅನುಷ್ಠಾನವಾಗಿದ್ದು, ಗಣಿತೀಯ ಸಮಮಿತಿಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಬೇರೆ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಬಹಳ ಹೆಚ್ಚು ಸಮಯ ಬೇಕಾಗುವ ಕೆಲಸವನ್ನು ಮಿಲಿಸೆಕೆಂಡುಗಳಲ್ಲಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ; ಅದಕ್ಕಾಗಿಯೇ ಇದು ಕೈಯಲ್ಲಿ ಹಿಡಿಯುವ ಸಾಧನದಲ್ಲಿಯೇ ನೇರವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. Fourier ಅವರ ಮೂಲಭಾವನೆ ಏನೆಂದರೆ ಯಾವುದೇ ಸಂಕೀರ್ಣ ಆವೃತ್ತಿಸ್ವರूप ಸಂಕೇತವನ್ನು ವಿವಿಧ ಆವೃತ್ತಿ ಮತ್ತು ಆಂಪ್ಲಿಟ್ಯೂಡ್ಗಳ ಸರಳ sine ಅಲೆಗಳ ಮೊತ್ತವಾಗಿ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಿಸಬಹುದು. FFT ಇದೇ ಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಹಿಂತಿರುಗಿ ಚಾಲನೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ: ಅದಕ್ಕೆ ಒಂದು ಗೊಂದಲಭರಿತ waveform ನೀಡಿದರೆ, ಅದು ಯಾವ sine ಅಲೆಗಳಿಂದ ಅದು ನಿರ್ಮಿತವಾಗಿದೆ ಎಂಬ ಪಟ್ಟಿಯನ್ನು ಮರಳಿ ನೀಡುತ್ತದೆ.
2. ನಿರ್ಣಯಕ್ಕಾಗಿ FFT ಯಾಕೆ ಅವಶ್ಯಕ
ಚಾಲನೆಯಲ್ಲಿರುವ machine ನ raw time waveform ಒಂದೇ ವೇಳೆ ನಡೆಯುವ ಅನೇಕ vibrations ಗಳ ಮಿಶ್ರಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಆ trace ಅನ್ನು ಕಣ್ಣಾರೆ ನೋಡಿ machine ನ health ಅಂದಾಜಿಸುವುದು ಬಹುತೇಕ ಅಸಾಧ್ಯ. FFT ಒಂದು prism ನಂತೆ ಕೆಲಸ ಮಾಡಿ complex signal ಅನ್ನು ಅದರ ಪ್ರತ್ಯೇಕ frequency components ಆಗಿ ವಿಭಜಿಸುತ್ತದೆ. ಫಲಿತಾಂಶವಾಗಿ analyst ಗೆ ನೋಡಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುವ ಸ್ಪಷ್ಟ, actionable chart ದೊರೆಯುತ್ತದೆ:
- ಯಾವ ಆವೃತ್ತಿಗಳು ಇರುವವು?
- ಪ್ರತಿ ಆವೃತ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಎಷ್ಟು ಶಕ್ತಿ (ಆಂಪ್ಲಿಟ್ಯೂಡ್) ಇದೆ?
- ಆ ಆವೃತ್ತಿಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧ ಏನು — ಹಾರ್ಮೋನಿಕ್ಸ್, ಸೈಡ್ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳು ಮತ್ತು ಇತ್ಯಾದಿ?
ವಿಭಿನ್ನ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ದೋಷಗಳು — unbalance, misalignment, ಮೂಲಕೋಶ ಪ್ರಮುಖದೋಷಗಳು, ಮತ್ತು ಸಡಿಲಿಕೆ — ಪ್ರತಿಯೊಂದೂ ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಊಹಿಸಬಹುದಾದ ಆವೃತ್ತಿಗಳಲ್ಲಿ ಕಂಪನವನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುವುದರಿಂದ, ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್ ಸಮಸ್ಯೆಯ ಮೂಲ ಕಾರಣದತ್ತ ನೇರ ಮಾರ್ಗಸೂಚಿಯನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಈ ಆವೃತ್ತಿ-ಕ್ಷೇತ್ರ ದೃಷ್ಟಿಕೋನವೇ ಎಲ್ಲಾ ವರ್ಣಪಟಲ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ.
3. FFT ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯ ಮುಖ್ಯ ನಿಯತಾಂಕಗಳು
ಉಪಯುಕ್ತ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್ ಪಡೆಯಲು, ವಿಶ್ಲೇಷಕನು ಡೇಟಾ ಸಂಗ್ರಾಹಕ ಅಥವಾ ಸಾಫ್ಟ್ವೇರ್ನಲ್ಲಿ ಹಲವು ನಿಯತಾಂಕಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿಸುತ್ತಾನೆ. ಅವನ್ನು ತಪ್ಪಾಗಿ ಹೊಂದಿಸಿದರೆ ನಿಜವಾದ ದೋಷ ತಪ್ಪಿಹೋಗಬಹುದು; ಸರಿಯಾಗಿ ಹೊಂದಿಸಿದರೆ ಅದು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ಹೊರಹೊಮ್ಮುತ್ತದೆ.
Fmax (ಗರಿಷ್ಠ ಆವೃತ್ತಿ)
ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್ನಲ್ಲಿ ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಗರಿಷ್ಠ ಆವೃತ್ತಿ. ಇದು ಗಮನದಲ್ಲಿರುವ ಅತ್ಯುನ್ನತ ಆವೃತ್ತಿಯ ದೋಷವನ್ನು ಹಿಡಿಯಲು ಸಾಕಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚು ಇರಬೇಕು — ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಉನ್ನತ-ಆವೃತ್ತಿಯ ಗಿಯರ್ ಮೆಶ್ ಅಥವಾ ಬೆರಿಂಗ್ ಟೋನ್ಗಳನ್ನು ಹಿಡಿಯಲು — ಆದರೆ ಕಡಿಮೆ ಆವೃತ್ತಿಯ ವಿವರ ವ್ಯರ್ಥವಾಗುವಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚು ಇರಬಾರದು. ತಡೆಯಲು ಅಲಿಯಾಸಿಂಗ್, FFT ಗಣನೆ ಮಾಡುವ ಮೊದಲು ಸಾಧನಗಳು ಮಾದರಿ ಸಂಗ್ರಹಣಾ ದರಕ್ಕಿಂತ ಕೆಳಗಿರುವ anti-aliasing ನಿಮ್ನ-ಪಾಸ್ ಫಿಲ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುತ್ತವೆ.
ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ (ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ರೇಖೆಗಳು)
ಇದು ವಿವರದ ಮಟ್ಟವನ್ನು ಹೊಂದಿಸುತ್ತದೆ — Fmax ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಲೆಕ್ಕಿಸಲಾಗುವ ವಿಭಜಿತ ಆವೃತ್ತಿ “ಬಿನ್ಗಳು” ಎಷ್ಟು ಎಂಬುದನ್ನು. ಹೆಚ್ಚು ರೇಖೆಗಳು (ಉದಾಹರಣೆಗೆ 3,200 ಅಥವಾ 6,400) ಹೆಚ್ಚು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ನೀಡುತ್ತವೆ, ಅಂದರೆ ಪರಸ್ಪರ ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿರುವ ಎರಡು ಆವೃತ್ತಿಗಳನ್ನು ಬೇರ್ಪಡಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ. beat frequency ಗಳನ್ನು ಬೇರ್ಪಡಿಸಲು ಅಥವಾ ಹತ್ತಿರ-ಹತ್ತಿರ ಇರುವ sidebands ಗಳನ್ನು gearbox ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯಲ್ಲಿ ಪರಿಹರಿಸಲು ಉನ್ನತ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ಅಗತ್ಯ. bin ಅಗಲವು Fmax ಅನ್ನು ರೇಖೆಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯಿಂದ ಭಾಗಿಸಿದಷ್ಟಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ವ್ಯಾಪ್ತಿ ಮತ್ತು ವಿವರಗಳ ನಡುವೆ ಯಾವಾಗಲೂ ಒಪ್ಪಂದವಿರುತ್ತದೆ; ಒಂದು FFT resolution calculator ಯಾವುದೇ ಸೆಟ್ಟಿಂಗ್ಗೆ ದೊರೆಯುವ bin ಅಗಲ ಮತ್ತು ಸಂಗ್ರಹಣಾ ಸಮಯವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಒಂದು Zoom FFT ಇನ್ನೂ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಬೇರ್ಪಡಿಕೆ ಬೇಕಾದಾಗ ಲಭ್ಯವಿರುವ ಎಲ್ಲಾ ರೇಖೆಗಳನ್ನು ಸಣ್ಣ ಆವೃತ್ತಿ ಪಟ್ಟಿಯೊಳಗೆ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸಬಹುದು.
Averaging
machine vibration ಬದಲಾಗುತ್ತಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಒಂದೇ FFT snapshot ತಪ್ಪು ಭಾವನೆ ನೀಡಬಹುದು. Averaging ತ್ವರಿತ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ಹಲವಾರು FFT ಗಳನ್ನು ಪಡೆದು ಅವನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸುತ್ತದೆ; ಇದರಿಂದ random noise ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು machine ನ condition ಅನ್ನು ನಿಜವಾಗಿ ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುವ ಹೆಚ್ಚು stable, repeatable spectrum ಸಿಗುತ್ತದೆ.
ವಿಂಡೋಯಿಂಗ್
A window function — ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಹ್ಯಾನಿಂಗ್ ವಿಂಡೋ — ಇದು ಪರಿವರ್ತನೆಗೆ ಮುನ್ನ ಕಾಲ-ದತ್ತಾಂಶಕ್ಕೆ ಅನ್ವಯಿಸುವ ಗಣಿತೀಯ ತೂಕ ನೀಡುವ ವಿಧಾನ. ಇದು ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಲ್ ಸೋರುವಿಕೆ, ಎಂಬ ದೋಷವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ; ಇಲ್ಲವಾದರೆ ಅದು ತೀವ್ರ ಶಿಖರವನ್ನು ನೆರೆಯ ಬಿನ್ಗಳ ಮೇಲೆ ಹಬ್ಬಿಸಿ ಅದರ ಆಂಪ್ಲಿಟ್ಯೂಡ್ ಮತ್ತು ಗೋಚರ ಆವೃತ್ತಿ ಎರಡನ್ನೂ ವಿಕೃತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.
4. FFT ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್ ಅನ್ನು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸುವುದು
ಪ್ರಶಿಕ್ಷಿತ ವಿಶ್ಲೇಷಕನು ಲಕ್ಷಣಾತ್ಮಕ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ಗುರುತಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್ ಅನ್ನು ಓದುತ್ತಾನೆ:
- ಇಲ್ಲಿ ದೊಡ್ಡ ಪೀಕ್ 1× running speed ಅಸಮತೋಲನವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
- ಇಲ್ಲಿ ದೊಡ್ಡ ಪೀಕ್ 2× running speed ನಲ್ಲಿ ಕಾಣಿಸಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ misalignment ಅನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
- ದೊಡ್ಡ ಸರಣಿಯ harmonics (1×, 2×, 3×, 4×…) ಯಾಂತ್ರಿಕ ಸಡಿಲಿಕೆಯ ಶ್ರೇಷ್ಠ ಲಕ್ಷಣವಾಗಿದೆ.
- running speed ಅಂತರದಲ್ಲಿ ಇರುವ sidebandಗಳನ್ನು ಹೊತ್ತಿರುವ ಉನ್ನತ-ಆವೃತ್ತಿಯ ಶಿಖರವು gearbox ಅಥವಾ bearing ದೋಷದ ಸ್ಪಷ್ಟ ಸೂಚಕವಾಗಿದೆ.
- ವಿಸ್ತೃತ-ಬ್ಯಾಂಡ್ ಶಬ್ದದ ಏರಿದ “ನೆಲಮಟ್ಟ”ವು ಕ್ಯಾವಿಟೇಶನ್ ಒಂದು pump ನಲ್ಲಿ ಅಥವಾ ಸಾಮಾನ್ಯ ಘರ್ಷಣೆಯಲ್ಲಿ ಇರುವುದನ್ನು ಸೂಚಿಸಬಹುದು.
ಪ್ರಸ್ತುತ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್ ಅನ್ನು ಒಂದು baseline ಯಂತ್ರ ಆರೋಗ್ಯವಾಗಿದ್ದಾಗ ದಾಖಲಿಸಿದ ಆಧಾರ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್ ಜೊತೆ ಹೋಲಿಸುವ ಮೂಲಕ, ವಿಶ್ಲೇಷಕನು ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಗುರುತಿಸಿ ಅವು ಗಂಭೀರ ವೈಫಲ್ಯಗಳಾಗುವ ಮುನ್ನವೇ ವಿಕಸಿಸುತ್ತಿರುವ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ನಿರ್ಣಯಿಸಬಹುದು.
5. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಕ್ಷೇತ್ರ ಮಾಪನದಲ್ಲಿ FFT
ಪೋರ್ಟಬಲ್ ಸಾಧನದಲ್ಲಿ FFT ಅನ್ನು ನೇರ accelerometer ಸಂಕೇತದಿಂದ ತಕ್ಷಣವೇ ಗಣನೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಬ್ಯಾಲೆನ್ಸೆಟ್-1ಎ, ಎರಡು-ಚಾನೆಲ್ ಕ್ಷೇತ್ರ ವಿಶ್ಲೇಷಕವು time waveform ಅನ್ನು ಹಿಡಿದು ಸುಮಾರು 5 Hz ರಿಂದ 1000 Hz ವರೆಗೆ ಅದರ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್ ಅನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ; ಹೀಗಾಗಿ ಎಂಜಿನಿಯರ್ ಯಂತ್ರದಲ್ಲೇ running-speed peak, ಅದರ harmonics, ಮತ್ತು ಯಾವುದೇ bearing ಅಥವಾ gear tone ಗಳನ್ನು ಓದಬಹುದು. ಪ್ರತಿ ಕ್ರಾಂತಿಗೂ ಒಮ್ಮೆ ಬರುವ tachometer pulse ಜೊತೆ ಸೇರಿಸಿದಾಗ, ಇದೇ data set phase ಆಧಾರಿತ balancing ಅನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಆರ್ಡರ್ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ ಬದಲಾಗುವ ವೇಗದ ಯಂತ್ರಗಳಲ್ಲಿ running speed ನ ಗುಣಿತಗಳಿಗೆ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್ ಅನ್ನು ಮರು-ಉಲ್ಲೇಖಿಸಬಹುದು — ಇದರಿಂದ FFT ಸ್ಥಿರ ಚಾರ್ಟ್ನಿಂದ ಕ್ಷೇತ್ರಮಟ್ಟದ diagnostics ಮತ್ತು balancing ಕಾರ್ಯಪ್ರವಾಹದ ಎಂಜಿನ್ ಆಗಿ മാറುತ್ತದೆ.
