Zrozumienie analizy falkowej
1. Definicja: Czym jest analiza falkowa?
Analiza falkowa jest zaawansowaną techniką przetwarzania sygnałów, stosowaną do analizy wibracja sygnały, w których zawartość częstotliwości zmienia się w czasie. W przeciwieństwie do tradycyjnych Szybka transformata Fouriera (FFT), która najlepiej nadaje się do sygnałów stacjonarnych (sygnałów o stałej częstotliwości), analiza falkowa pozwala skutecznie wychwytywać i przedstawiać zdarzenia przejściowe, wstrząsy i inne zachowania niestacjonarne.
Działa poprzez rozkład sygnału na zbiór funkcji bazowych zwanych „falkami”. Każda falka to krótki, oscylujący pakiet falowy, który jest zlokalizowany zarówno w czasie, jak i częstotliwości. Ta podwójna lokalizacja daje analizie falkowej jej siłę.
2. Analiza falkowa a FFT
Aby zrozumieć wartość analizy falkowej, ważne jest zrozumienie ograniczeń FFT:
- FFT (szybka transformata Fouriera): FFT informuje, *jakie* częstotliwości występują w sygnale, ale nie dostarcza informacji o *kiedy* wystąpiły. Analizuje cały sygnał naraz, zapewniając doskonałą rozdzielczość częstotliwościową, ale zerową rozdzielczość czasową.
- Analiza falkowa: Analiza falkowa informuje, *jakie* częstotliwości występują i *kiedy* występują. Tworzy mapę „czas-częstotliwość” sygnału, pokazując, jak zmienia się zawartość widmowa w czasie.
Wyobraź sobie sygnał zawierający krótkie „kliknięcie” z pękniętego zęba przekładni. Szybka transformata Fouriera (FFT) mogłaby wykazać niewielki wzrost energii szerokopasmowej, ale kliknięcie zostałoby uśrednione w całym sygnale. Analiza falkowa natomiast wygenerowałaby wykres wyraźnie pokazujący impuls energii o wysokiej częstotliwości dokładnie w momencie wystąpienia kliknięcia.
3. Skalogram: mapa czasowo-częstotliwościowa
Najczęstszym wynikiem analizy falkowej jest skalogram (lub podobny wykres czasowo-częstotliwościowy). To jest dwuwymiarowa mapa kolorów, gdzie:
- Oś X przedstawia czas.
- Oś Y przedstawia częstotliwość (lub skalę).
- Kolor przedstawia amplitudę lub energię wibracji w danym czasie i częstotliwości.
Ta wizualizacja ułatwia wykrywanie zdarzeń przejściowych, które byłyby ukryte w standardowym widmie FFT. Na przykład, pionowa linia „gorącego” koloru na skalogramie wskazuje na zdarzenie szerokopasmowe (takie jak uderzenie), które wystąpiło w określonym momencie.
4. Zastosowania w diagnostyce drgań
Analiza falkowa nie jest zazwyczaj stosowana rutynowo monitorowanie drgań ale jest potężnym narzędziem do zaawansowanej diagnostyki w określonych sytuacjach:
- Analiza skrzyni biegów: Urządzenie jest wyjątkowo skuteczne w wykrywaniu lokalnych usterek, np. pojedynczych pękniętych lub złamanych zębów, które generują wyraźny wpływ przy każdym obrocie.
- Wada łożyska Analiza: Można go używać do wykrywania pojedynczych uderzeń spowodowanych przez element toczący się przechodzący nad odpryskiem, szczególnie w maszynach o bardzo małej prędkości, w których tradycyjne analiza koperty może być wyzwaniem.
- Zdarzenie przejściowe Analiza: Doskonale nadaje się do analizy sygnałów pochodzących z rozruchu i zatrzymania maszyny lub innych procesów, w których prędkość i charakterystyki drgań ulegają ciągłym zmianom.
- Analiza strukturalna: Można go używać do analizy odpowiedzi konstrukcji na uderzenie (test uderzeniowy), aby zrozumieć tłumienie i częstotliwości drgań własnych.
Mimo że analiza falkowa wymaga większych obliczeń niż FFT, współczesne oprogramowanie komputerowe sprawiło, że stała się przystępnym i cennym narzędziem dla zaawansowanych analityków drgań zajmujących się złożonymi, niestacjonarnymi sygnałami.