FFT (ātrās Furjē transformācijas) izmantošana vibrāciju analīzē
Portāls Ātrā Furjē transformācija (FFT) ir ļoti efektīvs matemātisks algoritms, kas pārveido signālu no laika domēna uz frekvenču domēnu. vibrācijas analīze tas pārveido neapstrādātu, sarežģītu laika viļņa forma — vibrācijas amplitūda, attēlota atkarībā no laika — kā frekvenču spektrs, amplitūda attēlota pret frekvenci. Šī vienīgā transformācija ir vissvarīgākais un pamatā esošais process mūsdienu mašīnu diagnostikā; bez tās vibrācijas signāls ir nekas vairāk kā nesaprotams raksts.
1. Definīcija: Kas ir FFT?
FFT nav mērījums, bet gan aprēķins. Tā ir diskrētās Fūriera transformācijas ātra īstenošana, kas, izmantojot matemātiskās simetrijas, milisekundēs paveic to, kam citādi būtu nepieciešams daudz ilgāks laiks, tāpēc to var izmantot reāllaikā ar rokas instrumentu. Tās pamatā, pateicoties Fūrieram, ir pieņēmums, ka jebkuru sarežģītu periodisku signālu var rekonstruēt kā vienkāršu sinusa viļņu summu ar dažādām frekvencēm un amplitūdām. FFT šo ideju izmanto pretējā virzienā: ievadiet tajā sarežģītu viļņu formu, un tā atgriezīs sinusa viļņu sarakstu, no kuriem tā ir veidota.
2. Kāpēc FFT ir būtiska diagnostikā
Neapstrādāts laika signāls no darbojošās iekārtas ir daudzu vienlaikus notiekošu svārstību juceklis, un pēc šāda signāla ar acīm vien ir gandrīz neiespējami novērtēt iekārtas stāvokli. FFT darbojas kā prizma, sadalot sarežģīto signālu atsevišķās frekvences sastāvdaļās. Rezultāts ir skaidrs, praktiski izmantojams grafiks, kas ļauj analītiķim redzēt:
- Kādas frekvences ir klāt?
- Cik daudz enerģijas (amplitūdas) ir katrā frekvencē?
- Kāda ir saistība starp šīm frekvencēm — harmonikām, sānu joslām un tamlīdzīgiem lielumiem?
Tā kā dažādas mehāniskas un elektriskas kļūmes — nelīdzsvarotība, vārpstu nesakritība, gultņu defektiun vaļīgums — katrs no tiem rada vibrācijas ļoti konkrētās, paredzamās frekvencēs, un šis spektrs sniedz tiešu ceļvedi uz problēmas pamatcēloni. Šis skatījums frekvenču jomā ir pamats visam spektrālā analīze.
3. FFT analīzes galvenie parametri
Lai iegūtu noderīgu spektru, analītiķis datu vācējā vai programmā iestata vairākus parametrus. Ja tie ir nepareizi, var nepamanīt reālu defektu; ja tie ir pareizi, defekts izceļas skaidri.
Fmax (maksimālā frekvence)
Augstākā spektrā iekļautā frekvence. Tai jābūt pietiekami augstai, lai uztvertu interesējošos augstfrekvences defektus - augstfrekvences zobratu režģis vai, piemēram, gultņu frekvences - taču ne tik augstu, lai tiktu zaudētas zemfrekvences detaļas. Lai novērstu izlīdzināšana, instrumenti piemēro pretaliāses filtru zemfrekvences filtrs zemāk par paraugu ņemšanas frekvenci pirms FFT aprēķināšanas.
Izšķirtspēja (izšķirtspējas līnijas)
Tas nosaka detalizācijas pakāpi — atsevišķo frekvenču „joslu“ skaitu, kas aprēķināts visā Fmax diapazonā. Lielāks joslu skaits (piemēram, 3200 vai 6400) nodrošina augstāku izšķirtspēju, kas nozīmē labāku spēju nošķirt divas frekvences, kuras atrodas tuvu viena otrai. Augsta izšķirtspēja ir būtiska, lai atšķirtu pārklāšanās frekvences vai izšķirtu tuvu esošās sānu joslas pārnesumkārbas analīzē. Tā kā joslas platums ir vienāds ar Fmax, dalītu ar līniju skaitu, vienmēr pastāv kompromiss starp diapazonu un detalizētību; FFT izšķirtspējas kalkulators parāda iegūto joslas platumu un iegūšanas laiku jebkuram iestatījumam, kā arī Tālummaiņas FFT var apvienot visas pieejamās līnijas šaurā joslā, ja nepieciešama vēl precīzāka nošķiršana.
Vidējais rādītājs
Tā kā mašīnas vibrācijas svārstās, viens FFT momentuzņēmums var radīt maldinošu iespaidu. Vidējošanas procesā tiek ātri pēc kārtas iegūti vairāki FFT rezultāti un apvienoti, tādējādi samazinot nejaušos trokšņus un iegūstot daudz stabilāku, atkārtojamu spektru, kas patiesi atspoguļo mašīnas stāvokli.
Logu veidošana
A loga funkcija — visbiežāk Hanninga logs — ir matemātiska svēršana, ko piemēro laika datiem pirms transformācijas. Tā samazina kļūdu, ko sauc par spektrālā noplūde, kas citādi izkliedētu asu maksimumu pa blakus esošajiem frekvenču intervāliem un izkropļotu gan tā amplitūdu, gan šķietamo frekvenci.
4. FFT spektra interpretācija
Pieredzējis analītiķis interpretē spektru, atpazīstot raksturīgos modeļus:
- Liela virsotne pie 1× darba ātrums norāda uz nelīdzsvarotību.
- Liela virsotne pie 2× darbības ātruma komponente bieži liecina par vārpstu nesakritību.
- Ilga sērija harmonikas (1×, 2×, 3×, 4×…) ir klasiska mehāniska vaļīguma pazīme.
- Augstfrekvences pīķis ar sānu joslām, kuru atstatums atbilst darbības ātrumam, ir raksturīga pārnesumkārbas vai gultņa defekta pazīme.
- Paaugstināts platjoslas trokšņa „fons“ var liecināt par kavitācija sūkņa darbībā vai vispārējā berzē.
Salīdzinot pašreizējo spektru ar bāzes līnija ja dati ir reģistrēti brīdī, kad iekārta darbojās bez traucējumiem, analītiķis var pamanīt izmaiņas un diagnosticēt topošas problēmas ilgi pirms tās pāraug kritiskās kļūmēs.
5. FFT praktiskajos lauka mērījumos
Pārnēsājamā ierīcē FFT tiek aprēķināta uz vietas, izmantojot reāllaika akselerometrs signal. The Balanset-1A, divkanālu lauka analizators, reģistrē laika signāla formu un parāda tā spektru diapazonā no aptuveni 5 Hz līdz 1000 Hz, tādējādi inženieris var noteikt darbības ātruma pīķi, tās harmonikas, kā arī jebkādus gultņu vai zobratu radītos toņus mašīnā. Kombinējot ar tahometra impulsu, kas tiek ģenerēts reizi vienā apgriezienā, šis pats datu kopums nodrošina fāžu balansēšanu, savukārt pasūtījumu analīze var spektru pārrēķināt atbilstoši darba ātruma daudzkārtņiem iekārtās ar mainīgu ātrumu — tādējādi pārvēršot FFT no statiska grafika par uz vietas diagnostikas un balansēšanas darba plūsmas dzinējspēku.
