Zrozumienie Auto-Spectrum
Definicja: Czym jest Auto-Spectrum?
Auto-spektrum (nazywane również autospektrum, widmem mocy lub po prostu widmem) to reprezentacja domeny częstotliwości pojedynczego wibracja sygnał pokazujący rozkład energii drgań lub amplituda jako funkcja częstotliwości. Oblicza się ją, biorąc Szybka transformata Fouriera (FFT) sygnału i wyświetlanie amplitudy każdej składowej częstotliwości. Termin “autospektrum” odróżnia go od „widma krzyżowego” (które łączy dwa różne sygnały), podkreślając, że jest to widmo sygnału z samym sobą.
W praktyce auto-widmo to to, co większość ludzi nazywa po prostu “widmem” lub “widmem FFT” — to standardowy wyświetlacz analizy częstotliwości w analizatorach drgań, pokazujący szczyty na brak równowagi, częstotliwości uszkodzeń łożysk, zazębienie i inne komponenty diagnostyczne. Zrozumienie, że technicznie rzecz biorąc jest to autospektrum, staje się ważne podczas pracy z analizą wielokanałową, w której w grę wchodzą widma krzyżowe i inne funkcje korelacyjne.
Podstawy Matematyki
Metody obliczeniowe
Bezpośrednia FFT
- Oblicz FFT sygnału czasowego
- Oblicz wielkość każdego zespolonego składnika FFT
- Wyświetl wielkość w stosunku do częstotliwości
- Najczęstsze i najprostsze
Poprzez autokorelację
- Oblicz funkcję autokorelacji sygnału
- Wykonaj FFT autokorelacji
- Wynikiem jest autowidmo (twierdzenie Wienera-Khinchina)
- Matematycznie równoważna, ale obliczeniowo inna droga
Uśrednianie
- Wiele autowidm obliczonych z sekwencyjnych zapisów czasowych
- Uśrednione w celu zmniejszenia szumu i poprawy niezawodności statystycznej
- Typowo: 4-16 średnich dla diagnostyki maszyn
- Więcej średnich dla drgań losowych (50-100+)
Właściwości i charakterystyka
Wartość rzeczywista
- Auto-spektrum jest zawsze rzeczywiste (bez części urojonej)
- Reprezentuje tylko wielkość, nie faza informacja
- Utrata fazy w obliczeniach wielkości
- Wystarczający do większości diagnostyki jednopunktowej
Zawsze pozytywny
- Wartości zawsze ≥ 0 (wielkość kwadratowa lub wielkość)
- Nie może mieć ujemnych wartości widmowych
- Reprezentuje energię lub moc (z natury pozytywną)
Symetryczny (dla sygnałów rzeczywistych)
- Autowidmo sygnału rzeczywistego symetryczne wokół częstotliwości Nyquista
- Częstotliwości ujemne odzwierciedlają częstotliwości dodatnie
- Wyświetlane są tylko częstotliwości dodatnie (zawierają wszystkie informacje)
Auto-Spectrum w diagnostyce maszyn
Standardowy wyświetlacz diagnostyczny
- To, co technicy nazywają “widmem” lub “FFT”
- Pokazuje wszystkie składowe częstotliwości drgań
- Zidentyfikowano szczyty i dopasowano je do typów uskoków
- Podstawowe narzędzie do diagnostyki usterek
Typowe cechy
- 1× Szczyt: Niezrównoważenie lub inne źródła 1×
- 2× Szczyt: Niewspółosiowość lub luz
- Częstotliwości łożysk: BPFO, BPFI, BSF, FTF
- Siatka przekładni: Częstotliwość kontaktu zębów
- Elektryczny: 2× częstotliwość linii (120/100 Hz)
- Poziom szumu: Poziom tła wynikający z przypadkowych wibracji i hałasu
Auto-Spectrum kontra Cross-Spectrum
Auto-Spectrum (pojedynczy kanał)
- Widmo jednego sygnału
- Pokazuje zawartość częstotliwości
- Brak informacji o fazie
- Wystarczający do większości diagnostyki
- Standardowa jednokanałowa FFT
Cross-Spectrum (dwa kanały)
- Związek między dwoma sygnałami
- Pokazuje zawartość o wspólnej częstotliwości
- Obejmuje relację fazową
- Stosowany w analizie funkcji przejścia, koherencji
- Wymaga dwóch zsynchronizowanych kanałów
Uśrednianie automatycznych widm
Uśrednianie liniowe
- Średnia arytmetyczna wielu autospektrów
- Zmniejsza losowe wahania szumu
- Poprawia oszacowanie prawdziwego widma
- Norma dotycząca analizy maszyn
Uśrednianie wykładnicze
- Średnia ważona, dająca większą wagę najnowszym widmom
- Przydatne do śledzenia zmieniających się warunków
- Aplikacje do monitorowania w czasie rzeczywistym
Peak Hold (maksymalne widmo)
- Każdy przedział częstotliwości ma maksymalną wartość
- Przechwytuje komponenty przejściowe
- Przydatne do analizy uruchamiania/wyłączania
Formaty wyświetlania
Skala liniowa
- Liniowa oś Y (mm/s, m/s², itd.)
- Łatwe do odczytania wartości bezwzględne
- Małe szczyty mogą być niewidoczne, jeśli występują duże szczyty
- Wspólne dla rutynowej analizy
Skala logarytmiczna (dB)
- Oś Y w decybelach (20 log(Amplituda/Odniesienie))
- Widoczny szeroki zakres dynamiki
- Widoczne są zarówno małe, jak i duże szczyty
- Wspólne dla badań i szczegółowych analiz
Oś częstotliwości
- Liniowy: Równy odstęp Hz, standard dla maszyn
- Logarytmiczny: Równy odstęp oktawowy, przydatny w przypadku szerokich zakresów częstotliwości
Wskaźniki jakości
Jakość widmowa
- Czyste widmo: Wyraźne szczyty, niski poziom szumów
- Spektrum zakłóceń: Wysokie tło, niewyraźne szczyty
- Uśrednianie: Poprawia jakość poprzez redukcję hałasu
- Rozdzielczość: Wystarczający do rozdzielenia bliskich szczytów
Wskaźniki przeciążenia
- Sprawdź, czy podczas akwizycji nie występuje przeciążenie sygnału
- Przeciążenie tworzy fałszywe składowe widmowe
- W przypadku wystąpienia przeciążenia należy dostosować wzmocnienie wejściowe
Auto-spektrum to podstawowe narzędzie analizy częstotliwości w diagnostyce drgań, reprezentujące jednokanałową transformatę Fouriera (FFT), z której technicy korzystają codziennie do identyfikacji usterek i oceny stanu. Zrozumienie, że “widmo” jest technicznie auto-spektrum i jak odnosi się ono do widm krzyżowych i innych technik analizy widmowej, stanowi podstawę zaawansowanej analizy wielokanałowej i kompleksowej diagnostyki maszyn.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 