Разбирање на вејвлет-анализата
Wavelet анализа е напредна техника за обработка на сигнали што се користи за анализа на вибрации сигнали чија фреквентна содржина се менува со текот на времето. За разлика од традиционалната Брза Фуриеова трансформација (FFT), која е најсоодветна за стационарни сигнали со постојана фреквентна содржина, вејвлет анализата ефикасно ги доловува преодните настани, ударите и другото нестационарно однесување. Таа е специјалистички инструмент во вибрациска дијагностика комплет алатки — по кој се посегнува токму кога стандардната спектар потфрла.
Функционира со разложување на сигналот во множество базисни функции наречени “вејвлети.” Секој вејвлет е краток, осцилирачки пакет сличен на бран што е локализиран и во времето и во фреквенцијата. Оваа двојна локализација — познавањето и на што фреквенцијата и на кога — е она што му ја дава на методот неговата особена моќ.
1. Дефиниција: Што е вејвлет-анализа?
Најголемиот дел од секојдневната анализа на вибрации претпоставува дека машината работи со постојана брзина и оптоварување, така што нејзините вибрации се “стационарни” и еден единствен спектар добро ги опишува. Меѓутоа, многу од најиндикативните дефекти воопшто не се постојани: тие се кратки изблици на енергија што се појавуваат и исчезнуваат во рамките на еден вртеж. Вејвлет анализата е создадена токму за вакви сигнали. Наместо да прашува само кои фреквенции се присутни низ целиот запис, таа поместува вејвлети со различни големини по должината на временски бранов облик, мерејќи колку силно секој од нив се совпаѓа со сигналот во секој момент. Кратките, високофреквентни вејвлети прецизно ги одредуваат острите удари во времето; долгите, нискофреквентни вејвлети ги разрешуваат бавните компоненти во фреквенцијата.
2. Вејвлет-анализа наспроти FFT
За да се согледа вредноста на вејвлет анализата, корисно е да се види ограничувањето на FFT:
- FFT (Брза Фуриеова трансформација): FFT ви кажува што фреквенции се присутни, но не дава информација за тоа кога се случиле. Го анализира целиот запис одеднаш, обезбедувајќи одлична фреквенција резолуција, но нулта временска резолуција.
- Вејвлет-анализа: вејвлет анализата ви кажува и кои фреквенции се присутни и кога. Таа создава “временско-фреквенциска” мапа на сигналот, покажувајќи како спектралната содржина се развива низ мерењето.
Замислете сигнал што содржи краток “клик” од напукнат запец на запчаник. FFT можеби ќе покаже само мало зголемување на широкопојасната енергија, бидејќи кликот се усреднува низ целиот запис. Вејвлет анализата, за разлика од тоа, создава дијаграм што јасно покажува изблик на високофреквентна енергија точно во моментот кога се случил кликот. Ова е практичната предност: таа го зачувува временскиот распоред на настаните што FFT ги размачкува. Таа е блиску поврзана по дух со анализа на редови, која исто така се занимава со сигнали каде што едноставната слика со фиксна фреквенција се распаѓа.
3. Скалограм: Временско-фреквенциска мапа
Најчестиот излез од вејвлет-анализата е скалограм (или сличен временско-фреквенциски дијаграм) — 2D мапа во боја каде што:
- X-оската го претставува времето.
- Y-оската ја претставува фреквенцијата (или размерот).
- Бојата ја претставува амплитуда или енергијата на вибрациите во тоа конкретно време и фреквенција.
Оваа визуелизација овозможува преодните настани лесно да се воочат таму каде што би биле скриени во стандарден спектар. Вертикална линија со “жешка” боја на скалограмот, на пример, означува широкопојасен настан како удар што се случил во еден точно определен момент — визуелниот отпечаток на локализиран, повторлив дефект. Концептуално, скалограмот ги дополнува другите напредни прикази како водопаден дијаграм, кој следи како спектарот се менува низ многу последователни просеци или брзини.
4. Примени во дијагностика на вибрации
Вејвлет-анализата вообичаено не се користи за рутинско мониторинг на вибрации, но таа е моќна алатка за напредна дијагностика во специфични ситуации:
- Анализа на менувач: исклучително добра во откривањето локализирани дефекти како што е единечен напукнат или скршен запец, кој генерира препознатлив удар еднаш по вртеж.
- Дефект на лежиште Анализа: способна да ги открие поединечните удари предизвикани од тркалачки елемент што поминува преку лупење, особено кај машините со многу мала брзина каде што конвенционалната анализа на обвивката може да биде предизвикувачко.
- Преоден настан Анализа: идеална за сигнали од стартување, гасење на машината или кој било процес каде што брзината и вибрациските карактеристики постојано се менуваат.
- Структурна анализа: корисна за анализа на одговорот на структурата на удар — тест со удар — за да се разберат нејзините придушување и сопствени фреквенции.
5. Практична употреба и ограничувања
Вејвлет анализата е пресметковно поинтензивна од FFT, а толкувањето на скалограм бара повеќе искуство отколку читањето линиски спектар. Од овие причини таа стои покрај, а не наместо, секојдневните техники. Секојдневното откривање дефекти сè уште се потпира на FFT спектарот, вкупните нивоа и анализата на обвивка; вејвлетите се применуваат кога тие алатки сигнализираат нешто необично, но не можат да го локализираат во времето. На терен, самите податоци се собираат со преносен инструмент — двоканален анализатор како што е Balanset-1A ги снима висококвалитетните временски бранови форми, снимени во сопствените лежишта на машината при работна брзина, од кои зависи секое понатамошно временско-фреквенциско проучување. Сепак, современиот компјутерски софтвер ја направи вејвлет анализата достапен и вреден ресурс за напредниот аналитичар што работи со сложени, нестационарни сигнали.
