Vibracijos analizės aliasingo supratimas

Apibrėžimas: Kas yra aliasavimas?

Aliasingas yra kritinė signalo apdorojimo klaida, kuri gali atsirasti skaitmeninės vibracijos duomenų analizės metu. Ji įvyksta, kai signalo atrankos dažnis yra per mažas, kad būtų galima tiksliai užfiksuoti aukščiausius jo dažnio komponentus. Dėl to šie aukšti dažniai „sulenkia“ arba „pamėgdžioja“ žemesnius dažnius gautame FFT spektre, sukurdami klaidingus dažnio pikus, kurie gali lemti rimtą mašinos būklės klaidingą diagnozę.

Nyquisto teorema ir mėginių ėmimo dažnis

Norint suprasti aliasingą, pirmiausia reikia suprasti Nyquisto teorema (taip pat žinoma kaip Nyquist-Shannon diskretizavimo teorema). Šis pagrindinis skaitmeninio signalo apdorojimo principas teigia:

Norint tiksliai atvaizduoti analoginį signalą skaitmenine forma, diskretizavimo dažnis (Fs) turi būti bent du kartus didesnis už didžiausią signalo dažnio komponentą (Fmax).

Šis minimalus diskretizavimo dažnis (2 * Fmax) vadinamas Nyquisto palūkanų normaVibracijos analizėje didžiausias dominantis dažnis, kurį galima tiksliai išmatuoti, yra pusė diskretizavimo dažnio (Fmax = Fs / 2). Šis Fmax dažnai vadinamas Nyquist dažniu.

Kaip atsiranda pseudonimas?

Įsivaizduokite aukšto dažnio vibracijos signalą, matuojamą skaitmeniniu analizatoriumi. Analizatorius fiksuotu dažniu (diskretizavimo dažniu) ima atskirus signalo pavyzdžius (momentines kopijas).

• Jei diskretizavimo dažnis yra pakankamai didelis (gerokai didesnis nei Nyquist dažnis), analizatorius užfiksuoja pakankamą taškų skaičių, kad tiksliai atkurtų bangos formą.
• Tačiau jei diskretizavimo dažnis yra per mažas, analizatorius „praleidžia“ tai, kas vyksta tarp diskretizavimo signalų. Tie keli taškai, kuriuos jis užfiksuoja, gali būti sujungti ir suformuoti visiškai kitokią, žemesnio dažnio sinusinę bangą. Šis naujas, klaidingai žemas dažnis yra „alias“.

Pavyzdžiui, jei signale yra 900 Hz komponentas, bet analizatoriaus Fmax nustatytas į 500 Hz (tai reiškia 1000 Hz diskretizavimo dažnį), 900 Hz komponento negalima teisingai išmatuoti. Jis bus „iškreiptas“ ir pasirodys kaip pikas žemesniu dažniu (ypač esant Fs – 900 Hz = 1000 – 900 = 100 Hz), todėl gali būti supainiotas su 1X veikimo greičio vibracija.

Antialiasing filtras: apsauga nuo aliasing'o

Neįmanoma iš anksto žinoti visų aukšto dažnio komponentų (pvz., dėl ultragarsinio triukšmo, smūgių ar radijo dažnių trukdžių), kurie gali būti signale. Todėl pasikliauti vien pakankamai dideliu diskretizavimo dažniu nėra praktiškas sprendimas.

Visuose šiuolaikiniuose skaitmeniniuose vibracijos analizatoriuose naudojamas sprendimas yra antialiasing filtrasTai yra staigus žemo dažnio filtras, kuris įdedamas į signalo kelią *prieš* analoginį-skaitmeninį keitiklį (ADC). Štai kaip jis veikia:

1. Vartotojas nustato norimą maksimalų dažnį (Fmax) savo analizei.
2. Remdamasis šiuo Fmax, analizatorius automatiškai nustato anti-aliasing filtro ribinį dažnį šiek tiek aukščiau Fmax.
3. Analoginis signalas iš jutiklio praeina per šį filtrą, kuris pašalina arba stipriai susilpnina visus dažnius, viršijančius ribinę ribą.
4. Tada į ADC siunčiamas tik filtruotas, „švarus“ signalas mėginių ėmimui.

Pašalindamas aukštus dažnius, kurių pasirinktas diskretizavimo dažnis negali apdoroti, anti-aliasing filtras fiziškai neleidžia atsirasti anti-aliasing. Tai vienas iš svarbiausių skaitmeninio signalo analizatoriaus komponentų, užtikrinantis, kad gautas FFT spektras būtų tikras ir tikslus mašinos vibracijos atvaizdavimas pasirinktame dažnių diapazone.

← Atgal į pagrindinį rodyklę