Demodulatie begrijpen (envelopanalyse)

Definitie: Wat is demodulatie?

In de context van trillingsanalyse, demodulatie is een krachtige signaalverwerkingstechniek die wordt gebruikt om repetitieve, laagfrequente schokken te detecteren die 'verborgen' zijn in het hoogfrequente trillingssignaal van een machine. Het is het kernproces achter de meer algemeen bekende term, EnvelopanalyseDe twee termen worden vaak door elkaar gebruikt.

De techniek werkt door een hoogfrequente trillingsband te isoleren, die fungeert als een 'draaggolf', en vervolgens de 'omhullende' van dat signaal te extraheren. Deze omhullende onthult de onderliggende laagfrequente patronen van zich herhalende schokken, zoals die gegenereerd door microscopisch kleine breuken in lagers of tandwielen.

Het proces van demodulatie

Demodulatie omvat een proces in drie stappen:

1. Bandpassfiltering: Eerst wordt het ruwe trillingssignaal door een hoogfrequent banddoorlaatfilter geleid. Dit filter verwijdert de sterke, laagfrequente trillingen (zoals onbalans en verkeerde uitlijning) en richt zich uitsluitend op een hoogfrequent gebied waar de spanningsgolven van lager- of tandwielinslagen structurele resonanties veroorzaken.
2. Rectificatie: Het gefilterde, hoogfrequente signaal wordt vervolgens gelijkgericht. Dit proces zet het negatieve deel van de golfvorm om naar positief, waardoor in feite een signaal ontstaat dat de absolute amplitude vertegenwoordigt.
3. Laagdoorlaatfiltering (enveloping): Ten slotte wordt dit gelijkgerichte signaal door een laagdoorlaatfilter geleid. Dit vlakt het hoogfrequente resonante "draaggolf"-signaal af, waardoor alleen de laagfrequente "omhullende" overblijft die de pieken van het gelijkgerichte signaal volgt. Dit resulterende omhullende signaal vertegenwoordigt direct de herhalingsfrequentie van de onderliggende effecten.

Vervolgens wordt een FFT uitgevoerd op dit uiteindelijke envelopsignaal. Het resulterende spectrum, het enveloppespectrum of gedemoduleerde spectrum genoemd, vertoont duidelijke pieken bij de exacte foutfrequenties van de lager- of tandwielcomponenten.

Waarom is demodulatie zo effectief?

Demodulatie is een van de belangrijkste technieken voor vroege foutdetectie vanwege de manier waarop het impactsignalen verwerkt.

• Vroege waarschuwing: Wanneer een rolelement een kleine splinter op een lagerloopring raakt, veroorzaakt dit een kleine, energiezuinige schok. Deze schok veroorzaakt een zeer korte, hoogfrequente trillingsuitbarsting, terwijl de machinestructuur op zijn natuurlijke frequenties 'klinkt'.
• Het signaal van de ruis scheiden: In een normaal FFT-spectrum wordt de kleine hoeveelheid energie van deze vroege impacten volledig begraven door de enorme energie van laagfrequente trillingen zoals onevenwicht.
• Focus op de herhalingsfrequentie: Demodulatie negeert de krachtige laagfrequente signalen. Het richt zich op de hoogfrequente "ringing" en, belangrijker nog, de *herhalingsfrequentie* van die ringing. Het is deze herhalingsfrequentie die direct overeenkomt met de lager- of tandwielfoutfrequenties (bijv. BPFO, BPFI, BSF, GMF).

Toepassingen

De belangrijkste toepassingen voor demodulatie zijn:

• Analyse van wentellagers: Het is de ultieme methode voor het detecteren en diagnosticeren van storingen in kogel- en rollagers. Vaak wordt er al maanden voordat de storing ernstig wordt, gewaarschuwd.
• Versnellingsbakanalyse: Het is zeer effectief bij het detecteren van problemen zoals gebarsten of gebroken tandwielen, die een duidelijk impactsignaal genereren bij 1x de rotatiesnelheid van het tandwiel in het gedemoduleerde spectrum.
• Andere impactvolle gebeurtenissen: Het kan ook worden gebruikt om andere zich herhalende effecten te detecteren, zoals het openen en sluiten van stoomvallen of problemen met de timing van de heen-en-weergaande kleppen in motoren.

← Terug naar hoofdindex