Envelope-analyse (demodulatie) voor vroege foutdetectie

Definitie: Wat is envelopanalyse?

Envelopanalyseook bekend als demodulatie Of hoogfrequente enveloping, is een krachtige signaalverwerkingstechniek die wordt gebruikt in trillingsanalyse om vroegtijdige defecten in wentellagers en tandwielkasten te detecteren. Dit soort defecten, zoals microscopisch kleine scheurtjes of spalls, genereert een reeks laagenergetische, hoogfrequente spanningsgolven of "impacts" telkens wanneer een wentelelement over het defect beweegt. Envelope-analyse is een methode om deze repetitieve impactsignalen te extraheren uit de algemene achtergrondtrillingen van de machine.

Waarom is standaard FFT niet voldoende?

De energie van deze kleine initiële schokken is vaak te laag en heeft een te hoge frequentie om zichtbaar te zijn in een standaard trillingsspectrum (FFT). Het signaal wordt vaak overschaduwd door de ruisvloer of overschaduwd door grotere, lagerfrequente trillingen van bronnen zoals onbalans of verkeerde uitlijning. De schokken fungeren als een *modulator* voor de natuurlijke resonantiefrequenties van de machine. Envelope-analyse is ontworpen om dit signaal te demoduleren en de onderliggende foutfrequenties te onthullen.

Het envelopanalyseproces

De techniek werkt door de hoogfrequente signalen te isoleren en vervolgens hun herhalingsfrequentie te onderzoeken. Het proces bestaat uit verschillende stappen:

1. Bandpassfiltering: Het ruwe trillingssignaal wordt eerst door een hoogdoorlaat- of banddoorlaatfilter geleid. Dit filter verwijdert alle sterke, laagfrequente trillingen (bijvoorbeeld onder 1 kHz of 5 kHz) en isoleert de hoogfrequente trillingen en stressgolven die met de impact gepaard gaan.
2. Rectificatie: Het gefilterde hoogfrequente signaal wordt vervolgens gelijkgericht, waardoor het negatieve deel van het signaal in feite positief wordt. Dit bereidt het signaal voor op omhulling.
3. Omhullend (laagdoorlaatfiltering): Op het gelijkgerichte signaal wordt een laagdoorlaatfilter toegepast. Dit egaliseert het hoogfrequente draagsignaal, waardoor alleen de "envelope" overblijft – een golfvorm die het amplitudemodulatiepatroon vertegenwoordigt, de herhalingsfrequentie van de oorspronkelijke impacts.
4. FFT van de envelop: Ten slotte wordt een Fast Fourier Transform (FFT) uitgevoerd op dit nieuwe envelopsignaal. Het resulterende "enveloppespectrum" toont duidelijk de frequentie van de repetitieve impacten.

Het diagnosticeren van fouten met het enveloppespectrum

De pieken in het enveloppespectrum komen overeen met de berekende waarden van het lager. foutfrequentiesDoor de pieken in het spectrum te vergelijken met deze bekende frequenties, kan een analist de exacte locatie van de breuk bepalen:

• BPFO (Ball Pass Frequency, Buitenring): Geeft aan dat er een defect is aan de stationaire buitenring van het lager.
• BPFI (Ball Pass Frequency, Inner Race): Geeft een defect aan op de roterende binnenring. Deze piek vertoont vaak zijbanden bij 1x RPM, omdat het defect in en uit de belastingszone beweegt.
• BSF (Ball Spin Frequency): Geeft aan dat er een defect is aan een van de rolelementen (de kogels of rollen).
• FTF (Fundamentele treinfrequentie): De laagste frequentie, wat aangeeft dat er een probleem is met de lagerkooi die de rollen op hun plaats houdt.

Op vergelijkbare wijze kan het omhullende spectrum van versnellingsbakken pieken vertonen bij de draaisnelheid van een tandwiel met een gebarsten of gebroken tand, wat wijst op herhaaldelijke impact per omwenteling.

De kracht van vroege detectie

Het belangrijkste voordeel van envelopanalyse is de gevoeligheid. Het kan lager- en tandwieldefecten maanden, of zelfs een jaar, detecteren voordat ze zichtbaar zouden zijn in een standaard snelheidsspectrum of voldoende warmte zouden genereren om zichtbaar te zijn met infraroodthermografie. Dit biedt een waardevolle vroege waarschuwing, waardoor onderhoud met minimale verstoring kan worden gepland en ingepland, waardoor catastrofale storingen en secundaire schade worden voorkomen.

← Terug naar hoofdindex