웨이블릿 분석 이해
웨이블릿 분석 는 고급 신호 처리 기법으로 다음을 분석하는 데 사용됩니다. 진동 시간이 지남에 따라 주파수 내용이 변하는 신호입니다. 기존의 고속 푸리에 변환(FFT), 일정한 주파수의 고정 신호에 가장 적합한 웨이블릿 분석은 일시적인 이벤트, 충격 및 기타 비고정 동작을 효과적으로 포착합니다. 이 도구는 진동 진단 툴킷 - 표준에 정확히 도달한 경우 스펙트럼 가 부족합니다.
웨이브렛은 신호를 “웨이블릿”이라는 기저 함수 집합으로 분해하는 방식으로 작동합니다. 각 웨이블릿은 짧고 진동하는 파동과 같은 패킷으로, 시간과 주파수 모두에서 위치가 파악됩니다. 이 이중 로컬라이제이션 - 두 가지를 모두 아는 것 무엇 빈도 및 언제 - 이 메서드에 독특한 힘을 부여하는 요소입니다.
1. 정의: 웨이블릿 분석이란 무엇입니까?
대부분의 일상 진동 분석 는 기계가 일정한 속도와 부하로 작동한다고 가정하므로 진동이 “정지 상태”이며 단일 스펙트럼으로 잘 설명할 수 있습니다. 그러나 가장 눈에 띄는 결함의 대부분은 전혀 안정적이지 않으며, 한 회전 내에 왔다가 사라지는 짧은 에너지 폭발입니다. 웨이브렛 분석은 바로 이러한 신호를 위해 만들어졌습니다. 전체 레코드에 어떤 주파수가 존재하는지 묻는 대신, 다양한 크기의 웨이브렛을 슬라이드하여 시간 파형, 를 사용하여 각 신호가 매 순간 얼마나 강하게 일치하는지 측정합니다. 짧은 고주파 파형은 날카로운 충격을 제때 정확히 찾아내고, 긴 저주파 파형은 느린 구성 요소를 주파수로 분해합니다.
2. 웨이블릿 분석 대 FFT
웨이블릿 분석의 가치를 이해하려면 FFT의 한계를 파악하는 것이 도움이 됩니다:
- FFT(고속 푸리에 변환): FFT는 다음을 알려줍니다. 무엇 주파수는 존재하지만 다음에 대한 정보는 제공하지 않습니다. 언제 발생했습니다. 전체 기록을 한 번에 분석하여 탁월한 빈도 해상도이지만 시간 해상도는 제로입니다.
- 웨이블릿 분석: 웨이블릿 분석은 어떤 주파수가 언제 존재하는지 알려줍니다. 신호의 “시간-주파수” 맵을 생성하여 스펙트럼 콘텐츠가 측정을 통해 어떻게 변화하는지를 보여줍니다.
금이 간 기어 톱니에서 짧은 “딸깍” 소리가 나는 신호가 있다고 상상해 보세요. FFT는 클릭이 전체 레코드에 걸쳐 평균화되기 때문에 광대역 에너지가 약간만 상승하는 것을 보여줄 수 있습니다. 반면 웨이블릿 분석은 클릭이 발생한 정확한 순간에 고주파 에너지의 폭발을 명확하게 보여주는 플롯을 생성합니다. 이는 FFT가 사라지는 이벤트의 타이밍을 보존한다는 실질적인 이점이 있습니다. 이는 다음과 밀접한 관련이 있습니다. 주문 분석, 를 사용하여 단순한 고정 주파수 그림이 고장난 신호도 처리합니다.
3. 스칼로그램: 시간-주파수 맵
웨이블릿 분석의 가장 일반적인 출력은 다음과 같습니다. 스칼로그램 (또는 유사한 시간-주파수 플롯) - 2D 컬러 맵입니다:
- X축은 시간을 나타냅니다.
- Y축은 빈도(또는 규모)를 나타냅니다.
- 색상은 진폭 또는 특정 시간 및 주파수에서 진동의 에너지를 측정합니다.
이 시각화를 사용하면 일시적인 이벤트가 표준 스펙트럼에서 숨겨져 있는 위치를 쉽게 파악할 수 있습니다. 예를 들어, 칼로그램에서 “핫” 색상의 수직선은 정확한 한 순간에 발생한 충격과 같은 광대역 이벤트를 표시하며, 이는 국지적이고 반복적인 결함의 시각적 지문입니다. 개념적으로 스칼로그램은 다음과 같은 다른 고급 디스플레이를 보완합니다. 폭포 플롯, 를 사용하여 여러 연속적인 평균 또는 속도에 걸쳐 스펙트럼이 어떻게 변화하는지 추적합니다.
4. 진동 진단 응용 분야
웨이블릿 분석은 일반적으로 일상적인 작업에 사용되지 않습니다. 진동 모니터링하지만 특정 상황에서 고급 진단을 위한 강력한 도구입니다.
- 기어박스 분석: 회전할 때마다 뚜렷한 충격을 발생시키는 치아 하나에 금이 가거나 부러진 것과 같은 국소적인 결함을 감지하는 데 매우 뛰어납니다.
- 베어링 결함 분석: 롤링 요소 위로 지나가는 롤링 요소로 인한 개별 충격을 감지할 수 있습니다. spall, 특히 매우 느린 속도의 기계에서 기존의 엔벨로프 분석 도전적일 수 있습니다.
- 일시적 이벤트 분석: 기계 시동, 종료 또는 속도와 진동 특성이 지속적으로 변화하는 모든 프로세스의 신호에 이상적입니다.
- 구조 분석: 충격에 대한 구조의 반응을 분석하는 데 유용합니다. 범프 테스트 - 를 이해하려면 제동 및 고유 진동수.
5. 실제 사용 및 제한 사항
웨이블릿 분석은 FFT보다 계산 집약적이며, 스칼로그램을 해석하는 데는 라인 스펙트럼을 읽는 것보다 더 많은 경험이 필요합니다. 이러한 이유로 웨이브렛 분석은 일상적인 기술을 대체하는 것이 아니라 함께 사용됩니다. 일상적인 결함 발견은 여전히 FFT 스펙트럼, 전체 레벨, 엔벨로프 분석에 의존하며, 이러한 도구가 비정상적인 것을 발견했지만 제때 위치를 파악할 수 없을 때 웨이브렛을 배포합니다. 현장에서는 데이터 자체는 휴대용 계측기(예 발란셋-1A 은 작동 속도에서 기계 자체의 베어링에 기록된 고품질 시간 파형을 캡처하며, 이는 이후의 모든 시간-주파수 연구에 의존합니다. 그럼에도 불구하고 최신 컴퓨터 소프트웨어는 웨이블릿 분석을 복잡하고 고정되지 않은 신호를 다루는 고급 분석가에게 접근 가능하고 가치 있는 리소스로 만들었습니다.
