Automatinio spektro supratimas
Svetainė automatinis spektras - dar vadinamas autospektru ir laisviau - galios spektru arba tiesiog “spektru” - yra vieno vibracija signalas, parodantis, kaip šio signalo energija ar amplitudė pasiskirsto pagal dažnį. Jis gaunamas imant Greitoji Furjė transformacija (FFT) laiko įrašo ir rodoma kiekvieno dažnio komponento reikšmė. Priešdėlis “auto-” jį skiria nuo kryžminis spektras, kuris susieja du skirtingus signalus: autospektras yra signalo, paimto su pačiu savimi, spektras.
Kasdieniame darbe dauguma technikų, sakydami “spektras” arba “FFT”, turi omenyje būtent tai - standartinį dažnių rodinį kiekviename vibracijos analizatorius, o jo viršūnės yra ties disbalansas, guolių gedimų dažniai, krumpliaračių sukibimas, ir t. t. Svarbiausia suprasti, kad šis kasdienis įrankis techniškai yra autospektras, kai pereinama prie daugiakanalio darbo, kuriame svarbūs kryžminiai spektrai, darna, ir kitos koreliacijos funkcijos.
1. Matematinis pagrindas
Du keliai į tą patį rezultatą
Yra du matematiškai lygiaverčiai automatinio spektro nustatymo būdai:
- Tiesioginis FFT: transformuokite laiko signalą, paimkite kiekvieno kompleksinio FFT dėmens modulį (arba modulio kvadratą) ir pavaizduokite jį pagal dažnį. Tai įprastas, paprastas būdas, naudojamas beveik kiekviename prietaise.
- Per autokoreliaciją: pirmiausia apskaičiuokite signalo autokoreliacijos funkciją, tada atlikite jos FFT. Pagal Wiener-Khinchin teorema rezultatas yra identiškas tiesioginiam metodui - tas pats spektras pasiekiamas kitu skaičiavimo būdu.
Kvadratu pakėlus modulį ir normalizavus dažnio vienetui, tas pats dydis tampa galios spektrinis tankis, kuri yra tinkamiausia plačiajuosčio atsitiktinio virpesio forma.
Stabilumo vidurkių nustatymas
Vienas FFT yra statistiškai triukšmingas, todėl keli autospektrai, apskaičiuoti iš nuoseklių laiko įrašų, yra vidurkinami, kad įvertis nusistovėtų ir sumažėtų atsitiktinė sklaida. Įprastinėje mašinų diagnostikoje būdingi 4-16 vidurkių; plačiajuosčiai atsitiktiniai virpesiai gali reikalauti 50-100 ar daugiau. Nauda gaunama matavimo laiko sąskaita, todėl vidurkių skaičius yra sąmoningas kompromisas, o ne “daugiau visada geriau”.
2. Savybių apibrėžimas
Trys ypatybės tiesiogiai išplaukia iš matematikos ir jų verta nepamiršti skaitant bet kokį spektrą:
- Realioji vertė: autospektras neturi menamosios dalies. Jis atspindi tik modulį, todėl fazė apskaičiuojant dydį, pradinio signalo santykis atmetamas. Nustatant vieno taško gedimą tai nėra nuostolis, tačiau atliekant balansavimo ar perdavimo funkcijos darbus, kur fazė yra labai svarbi, tai yra tikras apribojimas.
- Visada teigiamas: vertės visada yra didesnės už nulį arba lygios nuliui, nes jos rodo energiją arba galią, kuri negali būti neigiama.
- Simetriškas realiesiems signalams: realaus laiko signalo spektras yra simetriškas Nyquisto dažnio atžvilgiu - neigiami dažniai tiesiog atspindi teigiamus, todėl rodoma tik teigiama pusė, kurioje yra visa informacija.
3. Automatinis spektras mašinų diagnostikoje
Kasdienis analitiko ekranas
Tai grafikas, su kuriuo technikai dirba kasdien. Jame vienu metu rodomi visi vibracijos dažniniai komponentai, o analitiko užduotis - nustatyti kiekvieną viršūnę ir susieti ją su gedimo tipu, todėl autospektras yra pagrindinis įrankis gedimų diagnostika ir įprastiniam būklės vertinimui.
Funkcijos, į kurias reikia atkreipti dėmesį
- 1× viršūnė: bėgimo greitis vibracija, kurioje dominuoja disbalansas ir kiti kartą per apsisukimą atsirandantys šaltiniai.
- 2× didžiausias: paprastai nesuderinimas arba mechaninis laisvumas.
- Guolių dažniai: BPFO, BPFI, BSFir FTF, dažnai apsuptas šoninės juostos.
- Pavaros tinklelis: dantų sukibimo dažnis ir jo harmonikos.
- Elektros: dvigubai didesnis už tinklo dažnį (120 Hz, jei tiekiamas 60 Hz dažnis, 100 Hz, jei tiekiamas 50 Hz dažnis).
- Triukšmo lygis: atsitiktinės vibracijos ir prietaisų triukšmo foninis lygis, kuriame turi išsiskirti tikrieji maksimumai.
4. Automatinis spektras ir kryžminis spektras
Vieno kanalo autospektras atsako į klausimą “kokie dažniai yra?”, o jo dviejų kanalų atitikmuo - į klausimą “kaip susiję du signalai?”. Šį skirtumą verta aiškiai pabrėžti:
| Automatinis spektras (vienas kanalas) | Kryžminis spektras (dviejų kanalų) |
|---|---|
| Vieno signalo spektras | Dviejų signalų ryšys |
| Rodo to signalo dažnio turinį | Rodo dažnio turinį, bendrą abiem |
| Nėra fazės informacijos | Apima fazių santykį |
| Pakanka daugumai diagnostikos metodų | Pagrindai perdavimo funkcija ir koherentiškumo analizė |
| Standartinis vieno kanalo FFT | Reikalingi du sinchronizuoti kanalai |
5. Vidutiniavimo režimai ir ekrano pasirinkimai
Vidutiniavimo režimo pasirinkimas
- Linijinis vidurkinimas: tiesus aritmetinis spektrų vidurkis, kuris sumažina atsitiktinį triukšmą ir priartėja prie tikrojo spektro - mašinų analizės standartas.
- Eksponentinis vidurkinimas: svertinį vidurkį, pagal kurį pirmenybė teikiama naujausiems įrašams, idealiai tinka stebėti realiuoju laiku, kai sąlygos keičiasi.
- Maksimumo išlaikymas (maksimalus spektras): kiekvienas dažnių binas išlaiko didžiausią matytą vertę, todėl užfiksuojami pereinamieji komponentai - neįkainojama paleidimas ir riedėjimas bandymai.
Ašių mastelio keitimas
Amplitudės ašis gali būti pavaizduota linijinė skalė (mm/s, m/s²), kai absoliutines vertes lengva skaityti, tačiau šalia didelių verčių gali būti paslėpti maži maksimumai, arba logaritminė dB skalė (20 log[amplitudė/referencija]), kuris suspaudžia platų dinaminis diapazonas kad mažos ir didelės viršūnės būtų matomos kartu - tai pageidautinas vaizdas išsamiam ir tiriamajam darbui. Dažnio ašis paprastai yra linijinis Hz už mašinas, nors logaritminis ašis su vienodais oktavų tarpais tinka labai plačiam dažnių diapazonui.
6. Kokybė ir spąstai
Spektras yra toks geras, kokie geri yra jo duomenys. A švarus spektras virš žemo triukšmo lygio yra aiškios viršūnės; a triukšmingas spektras paslepia viršūnes dideliame fone, o tai galima ištaisyti taikant didesnį vidurkinimą ir tinkamą dažnių skiriamąją gebą. Būtina atlikti du įsigijimo patikrinimus: įsitikinti, kad dažnio skiriamoji geba yra pakankamai gera, kad būtų galima atskirti arti vienas kito esančias viršūnes, ir stebėti, ar įvesties perkrova, kuris susmulkina signalą ir sukuria klaidingus spektrinius komponentus - jei taip atsitinka, sumažinkite įvesties stiprinimą ir iš naujo surinkite signalą. . FFT skiriamosios gebos skaičiuoklė padeda pasirinkti tokį eilučių skaičių ir pralaidumą, kad būtų išspręstos jums rūpimos viršūnės.
Kur tinka lauko prietaisai
Nešiojamame dviejų kanalų aparate, pvz. Balanset-1A, autospektras yra kasdienis diagnostinis vaizdas, kurį technikas vertina prie mašinos, norėdamas pamatyti, ar energija sutelkta ties 1× (tai rodo disbalansą ir kandidatą į lauko balansavimas) arba išsklaidyti guolių ir krumpliaračių tinklelių dažniai, kurie signalizuoja apie visai kitą gedimą - visa tai užfiksuota pačios mašinos guoliuose esant darbiniam greičiui.
Autospektras yra pagrindinė vibracijos diagnostikos dažninės analizės priemonė: vieno kanalo FFT, kuria technikai kasdien remiasi nustatydami gedimus ir vertindami būklę. Supratimas, kad “spektras” techniškai yra autospektras - ir kaip jis susijęs su kryžminiais spektrais bei kitomis spektrinėmis funkcijomis - padeda pagrindą pažangiai daugiakanalei analizei ir išsamiai mašinų diagnostikai.
