Konvoluttanalyse (demodulering) for tidlig feildeteksjon

Definisjon: Hva er konvoluttanalyse?

Konvoluttanalyse, også kjent som demodulering eller høyfrekvent omhylling, er en kraftig signalbehandlingsteknikk som brukes i vibrasjonsanalyse for å oppdage tidlige feil i rullelagre og girkasser. Disse feiltypene, som mikroskopiske sprekker eller avskallinger, genererer en serie lavenergiske, høyfrekvente spenningsbølger eller "støt" hver gang et rulleelement passerer over defekten. Omhyllingsanalyse er en metode for å trekke ut disse repeterende støtsignalene fra maskinens generelle bakgrunnsvibrasjon.

Hvorfor er ikke standard FFT nok?

Energien fra disse små, innledende støtene er ofte for lav og har en for høy frekvens til å kunne sees i et standard vibrasjonsspektrum (FFT). Signalet er ofte begravd i støygulvet eller overveldet av større, laverefrekvente vibrasjoner fra kilder som ubalanse eller feiljustering. Støtene fungerer som en *modulator* for maskinens naturlige resonansfrekvenser. Konvoluttanalyse er utformet for å demodulere dette signalet og avdekke de underliggende feilfrekvensene.

Konvoluttanalyseprosessen

Teknikken fungerer ved å isolere høyfrekvente signaler og deretter undersøke repetisjonsfrekvensen deres. Prosessen involverer flere trinn:

1. Båndpassfiltrering: Det rå vibrasjonssignalet føres først gjennom et høypass- eller båndpassfilter. Dette fjerner all sterk, lavfrekvent vibrasjon (f.eks. under 1 kHz eller 5 kHz) og isolerer høyfrekvente ringinger og stressbølger forbundet med støtene.
2. Rettelse: Det filtrerte høyfrekvente signalet blir deretter likerettet, noe som i hovedsak snur den negative delen av signalet til å bli positiv. Dette forbereder signalet for omhylling.
3. Innhylling (lavpassfiltrering): Et lavpassfilter brukes på det likerettede signalet. Dette jevner ut det høyfrekvente bærebølgesignalet, og etterlater bare «konvolutten» – en bølgeform som representerer amplitudemodulasjonsmønsteret, som er repetisjonsfrekvensen til de opprinnelige støtene.
4. FFT av konvolutten: Til slutt utføres en Fast Fourier Transform (FFT) på dette nye envelope-signalet. Det resulterende «envelope-spekteret» viser tydelig frekvensen av de repeterende støtene.

Diagnostisering av feil med envelope-spekteret

Toppene i konvoluttspekteret tilsvarer lagerets beregnede feilfrekvenserVed å sammenligne toppene i spekteret med disse kjente frekvensene, kan en analytiker bestemme den nøyaktige plasseringen av forkastningen:

• BPFO (ballpasningsfrekvens, ytre løp): Indikerer en feil på den stasjonære ytre ringen på lageret.
• BPFI (ballpasningsfrekvens, indre løp): Indikerer en defekt på den roterende indre ringen. Denne toppen vil ofte ha sidebånd ved 1x RPM fordi defekten beveger seg inn og ut av lastsonen.
• BSF (Ballspinnfrekvens): Indikerer en feil på et av rulleelementene (kulene eller rullene).
• FTF (Grunnleggende togfrekvens): Den laveste frekvensen, som indikerer en feil med lagerburet som holder rullene på plass.

På samme måte kan envelope-spekteret for girkasser avsløre topper ved driftshastigheten til et gir som har en sprukket eller ødelagt tann, noe som indikerer repeterende støt én gang per omdreining.

Kraften ved tidlig oppdagelse

Den primære fordelen med konvoluttanalyse er dens følsomhet. Den kan oppdage lager- og girfeil måneder, eller til og med et år, før de blir synlige i et standard hastighetsspektrum eller genererer nok varme til å bli sett med infrarød termografi. Dette gir en uvurderlig tidlig varsling, slik at vedlikehold kan planlegges og planlegges med minimal forstyrrelse, og dermed forhindre katastrofale feil og sekundærskader.

← Tilbake til hovedindeksen