Cepstrumanalyse i vibrasjonsdiagnostikk

Definisjon: Hva er en Cepstrum?

Cepstrum-analyse er en avansert signalbehandlingsteknikk som gir informasjon om periodiske strukturer innenfor et frekvensspektrum. Navnet «cepstrum» er et anagram av «spectrum», som hinter til dets natur: det er i praksis «spekteret til et spektrum». Det beregnes ved å ta logaritmen til et frekvensspektrum og deretter utføre en invers Fourier-transformasjon på resultatet. Denne prosessen fremhever periodiske mønstre i spekteret, for eksempel familier av harmoniske eller sidebånd, som kan være vanskelige å skjelne ved å se direkte på spekteret.

I cepstrum-plottet kalles x-aksen quefrency (et anagram av frekvens) og har tidsenheter. Topper på denne aksen, kalt rahmonics, angir perioden (i sekunder) for de repeterende mønstrene i det opprinnelige spekteret.

Hvorfor bruke Cepstrum-analyse?

Selv om et standard FFT-spektrum er utmerket for å identifisere individuelle frekvenskomponenter, kan det bli rotete og vanskelig å tolke når en maskinfeil genererer et stort antall harmoniske og sidebånd. Cepstrum-analyse forenkler dette ved å konsolidere en hel familie av repeterende frekvenser til en enkelt, tydelig topp. Dets primære bruksområder er:

• Oppdage harmoniske familier: Den kan enkelt identifisere en grunnfrekvens og dens harmoniske, selv om selve grunnfrekvensen er svak eller fraværende i spekteret.
• Identifisering av sidebåndfamilier: Den utmerker seg ved å finne sidebånd, som ofte har lav amplitude og er begravd i støy. Cepstrum kan tydelig vise tilstedeværelsen av sidebånd og måle avstanden mellom dem.
• Skille kilde- og baneeffekter: I noen applikasjoner kan det bidra til å skille vibrasjonskildesignalet fra maskinens strukturelle respons.
• Ekkodeteksjon: Den kan identifisere ekkoer eller refleksjoner i et signal.

Viktige bruksområder innen maskindiagnostikk

1. Girkassediagnostikk

Dette er den vanligste og kraftigste anvendelsen av cepstrum-analyse. En skadet tannhjul vil modulere girnettfrekvensen (GMF), og skape sidebånd rundt GMF-toppen fordelt med rotasjonshastigheten til det aktuelle giret. I en kompleks girkasse med flere aksler og gir kan spekteret være en forvirrende blanding av forskjellige GMF-er og sidebånd. Cepstrum skjærer gjennom denne kompleksiteten:

• En topp i cepstrummen ved frekvensen som tilsvarer girets rotasjonsperiode (1 / o/min) er en klar indikator på en feil på det spesifikke giret.
• Amplituden til cepstrum-toppen kan trendes for å overvåke utviklingen av girslitasjen.

2. Analyse av rullelager

I likhet med girkasser genererer også lagerdefekter sidebånd. For eksempel vil en defekt på den indre løpsringen skape sidebånd fordelt med akselhastigheten rundt den indre løpsdefektfrekvensen (BPFI) og dens harmoniske. Cepstrummen kan bidra til å bekrefte tilstedeværelsen av disse mønstrene, spesielt når de ikke er åpenbare i spekteret.

3. Analyse av turbomaskineri

I turbiner og kompressorer kan cepstrum brukes til å identifisere harmoniske bladpasseringsfrekvenser og diagnostisere problemer knyttet til bladskader eller aerodynamiske problemer.

Hvordan tolke et Cepstrum-plott

1. Beregn rotasjonsperioder: Før du ser på cepstrummen, beregn tidsperiodene til de viktigste roterende komponentene (f.eks. for en aksel ved 1800 o/min eller 30 Hz er perioden 1/30 = 0,033 sekunder).
2. Se etter topper i kjente perioder: Undersøk cepstrumet for signifikante topper (rahmonics) som stemmer overens med disse beregnede tidsperiodene.
3. Identifiser harmoniske: Se etter topper ved heltallsmultipler av grunntallsfrekvensen. Disse indikerer tilstedeværelsen av sterke harmoniske familier i det opprinnelige spekteret.
4. Trendamplituder: Overvåk amplituden til cepstrum-toppene over tid. En økende amplitude indikerer en forverret tilstand.

Cepstrum-analyse er et kraftig verktøy som krever erfaring for å brukes effektivt, men for komplekse maskiner som girkasser kan det gi diagnostisk klarhet som er uovertruffen av spektrumanalyse alene.

← Tilbake til hovedindeksen