Wavelet analizės supratimas
Bangelių analizė yra pažangi signalų apdorojimo technika, naudojama analizuoti vibracija signalai, kurių dažnių spektras kinta laikui bėgant. Skirtingai nuo tradicinių Greitoji Furjė transformacija (FFT), kuri geriausiai tinka stacionariems signalams su pastoviu dažnių spektru, o bangelių analizė veiksmingai fiksuoja trumpalaikius reiškinius, smūgius ir kitus nestacionarius reiškinius. Tai specializuota priemonė vibracijos diagnostika įrankių rinkinys — naudojamas būtent tada, kai standartinis spektras falls short.
Šis metodas veikia išskaidydamas signalą į bazinių funkcijų rinkinį, vadinamą „vaveletais“. Kiekvienas vaveletas yra trumpas, svyruojantis, bangos formos paketas, lokalizuotas tiek laiko, tiek dažnio atžvilgiu. Ši dvejopa lokalizacija – žinojimas tiek ką frequency and kai — būtent tai suteikia šiam metodui išskirtinę galią.
1. Apibrėžimas: Kas yra bangelių analizė?
Most everyday vibracijos analizė daroma prielaida, kad mašina veikia pastoviu greičiu ir apkrova, todėl jos vibracija yra „stacionari“ ir ją puikiai apibūdina vienas spektras. Tačiau daugelis iškalbingiausių gedimų visai nėra pastovūs: tai trumpi energijos pliūpsniai, kurie atsiranda ir išnyksta per vieną apsisukimą. Vaveletų analizė sukurta būtent tokiems signalams. Vietoj to, kad būtų tikrinama, kokios dažnių juostos yra visame įraše, ji per visą įrašą slenka skirtingo dydžio vaveletais laiko bangos forma, vertindami, kiek kiekvienas iš jų atitinka signalą kiekvieną akimirką. Trumpi, aukšto dažnio banginiai tiksliai nustato staigius pokyčius laike; ilgi, žemo dažnio banginiai išskiria lėtas komponentas dažnių srityje.
2. Bangelių analizės ir FFT palyginimas
Norint įvertinti bangų analizės privalumus, verta pažvelgti į FFT ribotumą:
- FFT (greitoji Furjė transformacija): FFT parodo, kad ką dažniai yra, tačiau nepateikia jokios informacijos apie kai kai jie įvyko. Ji iš karto išanalizuoja visą įrašą, suteikdama puikų dažnis skiriamoji geba, bet nulinė laiko skiriamoji geba.
- Bangelių analizė: Vaveletų analizė leidžia nustatyti, kokios dažnių juostos yra signale ir kada jos pasireiškia. Ji sukuria signalo „laiko-dažnio“ žemėlapį, kuriame matyti, kaip spektrinė sudėtis kinta matavimo metu.
Įsivaizduokite signalą, kuriame girdimas trumpas „spragtelėjimas“, atsirandantis dėl įtrūkusio krumplių danties. Atlikus FFT analizę, plačiajuosčio dažnio energijos padidėjimas gali būti vos pastebimas, nes spragtelėjimas išlyginamas visame įraše. Tuo tarpu atliekant bangelių analizę gaunamas grafikas, kuriame aiškiai matomas aukšto dažnio energijos šuolis būtent tuo momentu, kai įvyko spragtelėjimas. Tai yra praktinis privalumas: išsaugomas įvykių laikas, kurį FFT išsklaido. Savo esme tai labai panašu į užsakymų analizė, kuri taip pat nagrinėja signalus, kai paprastas fiksuoto dažnio modelis nebeveikia.
3. Skalograma: laiko ir dažnio žemėlapis
Dažniausias bangelių analizės rezultatas yra skalograma (arba panašus laiko-dažnio grafikas) — dvimatis spalvotas žemėlapis, kuriame:
- X ašis žymi laiką.
- Y ašis žymi dažnį (arba skalę).
- Ši spalva simbolizuoja amplitudė arba vibracijos energiją tuo konkrečiu laiku ir dažniu.
Ši vizualizacija leidžia lengvai pastebėti trumpalaikius reiškinius, kurie įprastame spektre liktų nepastebėti. Pavyzdžiui, vertikali „karštos“ spalvos linija skalogramoje žymi plačiajuosčio dažnio reiškinį, pavyzdžiui, smūgį, įvykusį vienu konkrečiu momentu – tai vizualus lokalizuoto, pasikartojančio gedimo atspaudas. Koncepciškai skalogramas papildo kitus pažangius vaizdavimo būdus, pavyzdžiui, krioklio sklypas, kuris atspindi, kaip spektras kinta per daugelį iš eilės einančių vidurkių ar greičių.
4. Taikymas vibracijos diagnostikoje
Wavelet analizė paprastai nenaudojama įprastiems tyrimams. vibracijos stebėjimastačiau tai yra galinga pažangios diagnostikos priemonė konkrečiose situacijose:
- Pavarų dėžės analizė: ypač gerai aptinka lokalias gedimų vietas, pavyzdžiui, vieną įtrūkusį ar sulūžusį dantį, kuris kiekvieno apsisukimo metu sukelia aiškiai juntamą smūgį.
- Guolio defektas Analizė: gali nustatyti atskirus poveikius, kuriuos sukelia per paviršių riedantis riedėjimo elementas spall, ypač labai mažo greičio mašinose, kuriose įprastos gaubtinės analizė gali būti sudėtinga.
- Trumpalaikis įvykis Analizė: puikiai tinka signalams, gaunamiems paleidžiant ar išjungiant įrenginį, arba bet kokiems procesams, kuriuose greitis ir vibracijos charakteristikos nuolat kinta.
- Struktūrinė analizė: praverčia analizuojant statinio reakciją į smūgį — a smūgio testas — suprasti jo slopinimas ir savieji dažniai.
5. Praktinis pritaikymas ir apribojimai
Vaveletų analizė yra skaičiavimo požiūriu sudėtingesnė nei FFT, o skalogramos interpretavimas reikalauja daugiau patirties nei linijinio spektro skaitymas. Dėl šių priežasčių ji papildo, o ne pakeičia kasdien naudojamus metodus. Kasdienėje gedimų paieškoje vis dar remiamasi FFT spektru, bendrais lygiais ir amplitudės analize; vaveletai naudojami tada, kai šios priemonės nurodo kažką neįprasto, bet negali nustatyti jo laiko vietos. Lauke duomenys renkami nešiojamu prietaisu – dviejų kanalų analizatoriumi, pvz., Balanset-1A užfiksuoja aukštos kokybės laiko signalų formas, užregistruotas pačios mašinos guoliuose esant darbinio greičio sąlygoms, nuo kurių priklauso bet koks vėlesnis laiko-dažnio tyrimas. Vis dėlto šiuolaikinė kompiuterinė programinė įranga pavertė bangelių analizę prieinamu ir vertingu įrankiu pažengusiam analitikui, dirbančiam su sudėtingais, nestacionariais signalais.
