Zrozumienie demodulacji (analiza obwiedni)

Definicja: Czym jest demodulacja?

W kontekście analizy drgań, demodulacja to potężna technika przetwarzania sygnałów służąca do wykrywania powtarzających się uderzeń o niskiej częstotliwości, które są „ukryte” w sygnale wibracji o wysokiej częstotliwości maszyny. Jest to kluczowy proces leżący u podstaw powszechnie znanego terminu, Analiza kopertyTe dwa terminy są często używane zamiennie.

Technika ta polega na wyizolowaniu pasma drgań o wysokiej częstotliwości, które działa jak sygnał „nośny”, a następnie wyodrębnieniu „obwiedni” tego sygnału. Obwiednia ta ujawnia ukryte wzorce niskiej częstotliwości powtarzających się uderzeń, na przykład generowanych przez mikroskopijne uszkodzenia łożysk lub przekładni.

Proces demodulacji

Demodulacja obejmuje proces składający się z trzech etapów:

1. Filtracja pasmowo-przepustowa: Najpierw surowy sygnał drgań jest przepuszczany przez filtr pasmowo-przepustowy wysokiej częstotliwości. Usuwa on silne drgania o niskiej częstotliwości (takie jak niewyważenie i niewspółosiowość) i koncentruje się tylko na obszarze o wysokiej częstotliwości, w którym fale naprężeń pochodzące z uderzeń łożysk lub przekładni wzbudzają rezonanse strukturalne.
2. Sprostowanie: Przefiltrowany sygnał o wysokiej częstotliwości jest następnie prostowany. Proces ten zamienia ujemną część przebiegu na dodatnią, tworząc w efekcie sygnał reprezentujący amplitudę bezwzględną.
3. Filtr dolnoprzepustowy (obwiednia): Na koniec, ten wyprostowany sygnał jest przepuszczany przez filtr dolnoprzepustowy. Wygładza to wysokoczęstotliwościowy rezonansowy sygnał „nośny”, pozostawiając jedynie niskoczęstotliwościową „obwiednię”, która wyznacza szczyty wyprostowanego sygnału. Powstały sygnał obwiedni bezpośrednio odzwierciedla częstotliwość powtarzania się podstawowych uderzeń.

Następnie na tym końcowym sygnale obwiedni przeprowadzana jest transformata Fouriera (FFT). Powstałe widmo, zwane widmem obwiedni lub widmem zdemodulowanym, wykazuje wyraźne piki przy dokładnych częstotliwościach błędów łożysk lub elementów przekładni.

Dlaczego demodulacja jest tak skuteczna?

Demodulacja jest jedną z najważniejszych technik wczesnego wykrywania błędów ze względu na sposób, w jaki radzi sobie z sygnałami uderzeniowymi.

• Wczesne ostrzeganie: Kiedy drobny odprysk na bieżni łożyska zostanie uderzony przez element toczny, powstaje niewielki, niskoenergetyczny wstrząs. Uderzenie to wywołuje bardzo krótki, wysokoczęstotliwościowy impuls wibracji, podczas gdy konstrukcja maszyny „dzwoni” z częstotliwością własną.
• Oddzielenie sygnału od szumu: W normalnym widmie FFT niewielka ilość energii z tych wczesnych etapów uderzeń jest całkowicie zasypana przez ogromną energię z wibracji o niskiej częstotliwości, takich jak brak równowagi.
• Skupienie się na częstotliwości powtarzania: Demodulacja ignoruje silne sygnały o niskiej częstotliwości. Koncentruje się na „dzwonieniu” o wysokiej częstotliwości i, co najważniejsze, na *częstotliwości powtarzania* tego dzwonienia. To właśnie ta częstotliwość powtarzania bezpośrednio odpowiada częstotliwościom uszkodzeń łożysk lub przekładni (np. BPFO, BPFI, BSF, GMF).

Aplikacje

Główne zastosowania demodulacji to:

• Analiza łożysk tocznych: Jest to ostateczna metoda wykrywania i diagnozowania usterek w łożyskach kulkowych i wałeczkowych, często zapewniająca ostrzeżenie na wiele miesięcy przed tym, zanim usterka stanie się krytyczna.
• Analiza skrzyni biegów: Jest to urządzenie niezwykle skuteczne w wykrywaniu takich usterek, jak pęknięte lub złamane zęby kół zębatych, które generują wyraźny sygnał uderzeniowy przy 1X prędkości obrotowej koła zębatego w zdemodulowanym widmie.
• Inne wydarzenia mające wpływ: Można go również używać do wykrywania innych powtarzających się zjawisk, takich jak otwieranie i zamykanie odwadniaczy lub problemy z rozrządem zaworów w silnikach posuwisto-zwrotnych.

← Powrót do indeksu głównego