Разбирање на кохеренцијата во анализата на вибрации
Кохеренција — исто така наречена функција на кохеренција — е алатка за обработка на сигнали што се користи во анализа на вибрации за да се процени квалитетот и валидноста на двоканално мерење. Тоа е број помеѓу 0 и 1, пресметан фреквенција по фреквенција, кој ви кажува колку од излезниот сигнал на секоја фреквенција навистина и линеарно е предизвикан од влезниот сигнал. Всушност, кохеренцијата е мерач на доверба на аналитичарот: таа одговара на прашањето “дали можам да му верувам на ова мерење или шумот го контаминира?” пред да се извлечат какви било заклучоци од податоците.
1. Дефиниција: Што е кохеренција?
Кохеренцијата ја квантифицира линеарната причинско-последична врска помеѓу два истовремено измерени сигнали на секоја фреквенција во спектар. Скалата е интуитивна:
- Кохеренција од 1.0 на дадена фреквенција значи совршена линеарна врска помеѓу двата сигнали — 100% од излезот на таа фреквенција е предизвикан од влезот.
- Кохеренција од 0.5 значи дека само 50% од енергијата на излезот на таа фреквенција е линеарно поврзана со влезот. Останатата половина доаѓа од други фактори: шум, нелинеарности или други неизмерени влезови.
- Кохеренција од 0.0 значи дека воопшто нема линеарна врска помеѓу двата сигнали на таа фреквенција.
Математички, кохеренцијата се изведува од вкрстената спектрална густина на моќност на двата канали заедно со авто-спектар на секој, нормализирана така што резултатот секогаш паѓа помеѓу 0 и 1. Клучно е дека таа е усреднето величина: значајна вредност на кохеренцијата бара неколку осреднувања на мерењето, поради што може да се добие само со повеќеканален анализатор способен да прима два сигнали истовремено.
2. Валидирање на мерењата на функцијата на фреквентен одговор (FRF)
Најчестата и најкритична употреба на кохеренцијата е за валидирање на Функција на фреквенциски одѕив (FRF). При изведување на ударен тест — исто така познат како тест со удар — за да се измери како реагира структурата низ фреквенцискиот опсег, графикот на кохеренцијата е неопходен за да се одлучи дали снимените податоци вреди да се задржат.
- Добро мерење: за валиден FRF кохеренцијата треба да биде многу блиску до 1.0 на фреквенциите на резонантен врвови. Високата кохеренција — да речеме над 0.95 — му дава на аналитичарот доверба дека измерениот одговор навистина бил предизвикан од ударот на чеканот, а не од позадинските вибрации или шумот при мерење.
- Слабо мерење: ако кохеренцијата нагло опадне на резонантен врв, мерењето е сомнително. Причината може да биде слаб удар со чеканот, бучна средина или навистина нелинеарен структурен одговор. Вистинската постапка е да се отфрли тој удар и да се обиде повторно.
Една суптилност не смее да се помеша со дефект: кохеренцијата природно опаѓа на антирезонанциите — долините помеѓу врвовите во FRF — бидејќи структурата речиси и да не се движи таму и одговорот е доминиран од шум. Ниската кохеренција во тие долини е нормална и очекувана. Токму затоа кохеренцијата се чита заедно со податоците од FRF во модална анализа, каде што потврдувањето на вистинските сопствени фреквенции на машина или структура зависи од чисти, доверливи врвови.
3. Идентификација на изворот
Кохеренцијата може исто така да открие дали вибрациите од една машина ги предизвикуваат вибрациите на друга. Да претпоставиме дека пумпа и мотор делат заедничка основа и се сомневате дека моторот ја тресе пумпата:
- Постапка: поставете еден акцелерометар на моторот (влезот) и втор на пумпата (излезот), измерете ги двата истовремено и пресметајте ја кохеренцијата помеѓу нив.
- Толкување: ако кохеренцијата е висока на моторовата работна брзина, тоа е силен доказ дека вибрациите се пренесуваат од моторот на пумпата преку нивната заедничка структура. Ако кохеренцијата е ниска на таа фреквенција, вибрациите на пумпата најверојатно се предизвикани од нејзините сопствени проблеми — нејзината сопствена дебаланс или кавитација, на пример — а не од моторот.
Користена на овој начин, кохеренцијата помага да се мапираат патиштата на пренос на вибрациите и го спречува аналитичарот да ја гони погрешната машина — честа и скапа грешка кога две спрегнати единици вибрираат со слични брзини.
4. Фактори што ја намалуваат кохеренцијата
Неколку различни механизми можат да ја повлечат вредноста на кохеренцијата под 1.0, а препознавањето кој од нив е активен е дел од дијагнозата:
- Шум при мерење: надворешен шум што го контаминира влезниот или излезниот канал — најчестиот виновник, кој подобро монтирање на сензорот или повеќе осреднувања честопати можат да го намалат.
- Нелинеарни системи: кохеренцијата ја мери само линеарен врска. Ако системот се однесува нелинеарно — поради разлабавеност, пукнатина, или интеракција флуид-структура — кохеренцијата ќе биде ниска дури и кога постои вистинска причинска врска.
- Временски задоцнувања: значително задоцнување помеѓу влезниот и излезниот сигнал ја намалува кохеренцијата, освен ако анализаторот не е поставен да го земе предвид.
- Други неизмерени влезови: ако излезот е предизвикан од повеќе од еден извор, а вие мерите само еден од нив како влез, неизмерената енергија се појавува како изгубена кохеренција.
5. Кохеренцијата како алатка за контрола на квалитетот
Во практиката, кохерентноста функционира помалку како дијагноза, а повеќе како чувар што ја штити секоја дијагноза изградена врз двоканални податоци. Таа е тесно поврзана со преносна функција и FRF што ги придружува — FRF ви кажува како реагира структурата, додека кохерентноста ви кажува колку да верувате во тој одговор на секоја фреквенција. Рутинското балансирање на терен и еднаканалната спектрална работа со преносен анализатор како што е Balanset-1A не бараат график на кохерентноста, но во моментот кога истражувањето ќе премине во тестирање со удар, трагање по резонанции или следење на изворот на повеќеканален систем, кохерентноста станува параметарот што го одвојува веродостојниот резултат од заблудувачкиот. Накратко, функцијата на кохерентноста е клучна алатка за контрола на квалитетот кај напредните мерења на вибрации: таа дава доверба во валидноста на FRF податоците и помага да се идентификуваат патиштата по кои вибрациите се движат низ машината.
