Izpratne par kropļošanos vibrācijas analīzē

Definīcija: Kas ir aliasing?

Aliasing ir kritiska signāla apstrādes kļūda, kas var rasties vibrācijas datu digitālās analīzes laikā. Tā rodas, ja signāls tiek ņemts ar pārāk mazu frekvenci, lai precīzi uztvertu tā augstākās frekvences komponentus. Tā rezultātā šīs augstās frekvences “salocās” vai “atdarina” zemākas frekvences iegūtajā FFT spektrā, radot viltus frekvenču maksimumus, kas var izraisīt nopietnu mašīnas stāvokļa nepareizu diagnozi.

Nyquist teorēma un izlases frekvence

Lai saprastu aliasēšanu, vispirms ir jāsaprot Nīkvista teorēma (pazīstama arī kā Nīkvista-Šenona izlases teorēma). Šis digitālās signālu apstrādes pamatprincips nosaka:

Lai precīzi attēlotu analogo signālu digitālā formā, paraugu ņemšanas frekvencei (Fs) jābūt vismaz divas reizes lielākai par signāla augstāko frekvences komponentu (Fmax).

Šo minimālo paraugu ņemšanas frekvenci (2 * Fmax) sauc par Nyquist likmeVibrāciju analīzē augstākā interesējošā frekvence, ko var precīzi izmērīt, ir puse no paraugu ņemšanas frekvences (Fmax = Fs / 2). Šo Fmax bieži sauc par Nīkvista frekvenci.

Kā rodas aliasing?

Iedomājieties augstfrekvences vibrācijas signālu, ko mēra digitālais analizators. Analizators ņem atsevišķus signāla paraugus (momentuzņēmumus) ar fiksētu frekvenci (paraugu ņemšanas frekvenci).

• Ja paraugu ņemšanas frekvence ir pietiekami augsta (krietni virs Nyquist frekvenču vērtības), analizators uztver pietiekamu punktu skaitu, lai precīzi rekonstruētu viļņu formu.
• Tomēr, ja paraugu ņemšanas frekvence ir pārāk zema, analizators "nepamana" to, kas notiek starp paraugiem. Tos dažus punktus, ko tas uztver, var savienot, veidojot pilnīgi atšķirīgu, zemākas frekvences sinusoidālu vilni. Šī jaunā, viltus zemā frekvence ir "aliass".

Piemēram, ja signāls satur 900 Hz komponentu, bet analizatora Fmax ir iestatīts uz 500 Hz (tas nozīmē, ka paraugu ņemšanas frekvence ir 1000 Hz), 900 Hz komponentu nevar pareizi izmērīt. Tas tiks “izkropļots” un parādīsies kā maksimums zemākā frekvencē (īpaši pie Fs – 900 Hz = 1000 – 900 = 100 Hz), ko, iespējams, kļūdaini noturēs par 1X darba ātruma vibrāciju.

Aliasinga novēršana: Anti-aliasing filtrs

Nav iespējams iepriekš zināt visu augstfrekvences saturu (piemēram, no ultraskaņas trokšņa, triecieniem vai radiofrekvenču traucējumiem), kas varētu būt signālā. Tāpēc paļaušanās uz pietiekami augsta paraugu ņemšanas ātruma iestatīšanu nav praktisks risinājums.

Visos mūsdienu digitālajos vibrācijas analizatoros izmantotais risinājums ir antialiasing filtrsŠis ir stāvs zemfrekvences filtrs, kas tiek novietots signāla ceļā *pirms* analogciparu pārveidotāja (ADC). Lūk, kā tas darbojas:

1. Lietotājs iestata vēlamo maksimālo frekvenci (Fmax) savai analīzei.
2. Pamatojoties uz šo Fmax, analizators automātiski iestata izlīdzināšanas filtra robežfrekvenci nedaudz virs Fmax.
3. Analogais signāls no sensora iziet caur šo filtru, kas noņem vai ievērojami vājina visas frekvences virs robežvērtības.
4. Pēc tam uz ADC paraugu ņemšanai tiek nosūtīts tikai filtrētais, "tīrais" signāls.

Noņemot augstās frekvences, kuras izvēlētais paraugu ņemšanas ātrums nevar apstrādāt, pretaliasinga filtrs fiziski padara neiespējamu pretaliasinga rašanos. Tas ir viens no svarīgākajiem digitālā signāla analizatora komponentiem, kas nodrošina, ka iegūtais FFT spektrs ir patiess un precīzs iekārtas vibrācijas attēlojums izvēlētajā frekvenču diapazonā.

← Atpakaļ uz galveno indeksu