Zrozumienie gęstości widmowej mocy
Definicja: Czym jest gęstość widmowa mocy?
Gęstość widmowa mocy (PSD) jest reprezentacją wibracja rozkład energii w różnych częstotliwościach, wyrażony jako energia na jednostkę szerokości pasma częstotliwości (jednostki: (m/s²)²/Hz dla przyspieszenia, (mm/s)²/Hz dla prędkości). W przeciwieństwie do standardowego widmo amplitudy PSD, który pokazuje amplitudę dla każdej częstotliwości, pokazuje rozkład mocy drgań w różnych częstotliwościach, z wartościami znormalizowanymi przez szerokość pasma rozdzielczości częstotliwościowej. Ta normalizacja uniezależnia PSD od szerokości pasma analizy, umożliwiając miarodajne porównanie widm mierzonych z różnymi ustawieniami rozdzielczości.
PSD jest szczególnie ważne w przypadku analizy drgań losowych (w których energia jest rozprowadzana w sposób ciągły w różnych częstotliwościach, a nie skupiana w dyskretnych szczytach), analizy szumów oraz zastosowań wymagających charakterystyki widmowej niezależnej od szerokości pasma, takich jak testowanie drgań i kwalifikacja środowiskowa.
PSD a widmo amplitudy
Widmo amplitudy
- Pokazuje wibracje amplituda przy każdej częstotliwości
- Jednostki: mm/s, m/s², mils, itd.
- Amplitudy szczytowe przy częstotliwościach dyskretnych (niewyważenie, uszkodzenia łożysk)
- Wartości zależą od szerokości pasma rozdzielczości FFT
- Standardowy wyświetlacz do diagnostyki maszyn
Gęstość widmowa mocy
- Pokazuje moc drgań na Hz szerokości pasma
- Jednostki: (mm/s)²/Hz, (m/s²)²/Hz itd.
- Rozkład energii w różnych częstotliwościach
- Niezależnie od szerokości pasma analizy
- Norma dla analizy drgań losowych
Relacja
- PSD = (Amplituda)² / Δf
- Gdzie Δf = rozdzielczość częstotliwościowa (szerokość przedziału)
- Kwadratowanie podkreśla duże amplitudy
- Normalizacja uniezależnia przepustowość
Aplikacje
1. Analiza drgań losowych
Główne zastosowanie PSD:
- Procesy losowe: Turbulencje, wibracje drogowe, sejsmika, akustyka
- Widma ciągłe: Energia rozłożona w różnych częstotliwościach, a nie w oddzielnych szczytach
- Opis statystyczny: PSD opisuje losowy rozkład energii procesu
- Format standardowy: Specyfikacje testów wibracyjnych w PSD
2. Charakterystyka szumu szerokopasmowego
- Kawitacja hałas w pompach
- Hałas przepływu turbulentnego w wentylatorach
- Hałas aerodynamiczny
- Charakterystyka hałasu defektu łożyska
3. Porównanie niezależne od przepustowości
- Porównanie widm zmierzonych przy różnych ustawieniach FFT
- Dane z różnych instrumentów lub rozdzielczości
- Dane historyczne z różnymi parametrami analizy
- Wartości PSD można bezpośrednio porównywać niezależnie od przepustowości
4. Badania środowiskowe
- Specyfikacje testów wibracyjnych podane jako PSD w funkcji częstotliwości
- Sterowanie stołem wibracyjnym w oparciu o PSD
- Testowanie kwalifikacyjne produktu
- Normy dotyczące wstrząsów i wibracji
Obliczanie PSD
Z FFT
- Oblicz FFT sygnału wibracyjnego
- Podnieś każdą wartość amplitudy do kwadratu
- Podziel przez rozdzielczość częstotliwości (Δf = Fmax / liczba linii)
- Wynik: PSD w (jednostkach)²/Hz
Jednostki
- Przyspieszenie PSD: (m/s²)²/Hz lub g²/Hz
- Prędkość PSD: (mm/s)²/Hz lub (cale/s)²/Hz
- Przemieszczenie PSD: (µm)²/Hz lub (mils)²/Hz
- Często kreślone: Skala logarytmiczna (dB względem odniesienia)
Interpretacja wykresów PSD
Płaskie widmo (biały szum)
- Stała PSD w całej częstotliwości
- Jednakowa energia na Hz dla wszystkich częstotliwości
- Charakterystyka szerokopasmowych drgań losowych
- Przykład: Idealne losowe drgania do testowania
Widmo pochyłe (szum kolorowy)
- PSD zmienia się w zależności od częstotliwości
- Rosnące zbocze: więcej energii przy wysokich częstotliwościach
- Zbocze opadające: więcej energii przy niskich częstotliwościach (częste w maszynach)
- Nachylenie wskazuje rozkład częstotliwości energii
Szczyty w PSD
- Dyskretne składowe częstotliwości pojawiają się jako szczyty powyżej poziomu ogólnego
- Rezonanse są widoczne jako podwyższone obszary PSD
- Potrafi zidentyfikować dominujące częstotliwości przyczyniające się do energii
Związek z RMS i całkowitą energią
Całkowita energia z PSD
- Zintegruj PSD w całym zakresie częstotliwości
- Wynik: średnia wartość kwadratowa
- Pierwiastek kwadratowy daje wartość RMS
- RMS = √[∫ PSD(f) df]
Energia w pasmach częstotliwości
- Zintegruj PSD w określonym zakresie częstotliwości
- Daje energię w tym zespole
- Przydatne do oceny wkładu różnych zakresów częstotliwości
Zalety PSD
Niezależność rozdzielczości
- Wartości PSD są porównywalne niezależnie od rozdzielczości FFT
- Umożliwia porównanie danych historycznych z różnymi ustawieniami
- Standaryzuje analizę w różnych instrumentach
Reprezentacja Energetyczna
- Bezpośrednio przedstawia rozkład energii drgań
- Wartości kwadratowe podkreślają dominujące częstotliwości
- Naturalne dla analizy opartej na energii
Ramy statystyczne
- PSD jest podstawą teorii drgań losowych
- Umożliwia analizę probabilistyczną
- Obsługuje prognozowanie trwałości zmęczeniowej na podstawie losowego obciążenia
Kiedy używać PSD
Użyj PSD, gdy:
- Analiza losowych drgań lub hałasu
- Porównywanie danych o różnych szerokościach pasma analizy
- Poniżej przedstawiono specyfikacje testów w formacie PSD
- Charakteryzowanie procesów szerokopasmowych
- Wymagana analiza oparta na energii
Użyj widma amplitudy, gdy:
- Rutynowa diagnostyka maszyn
- Identyfikacja dyskretnych częstotliwości błędów
- Trendy dotyczące konkretnych komponentów
- Wartości amplitudy mają bezpośrednie znaczenie
Gęstość widmowa mocy (PSD) to fundamentalna koncepcja w analizie drgań losowych, która zapewnia charakterystykę widmową niezależną od szerokości pasma. Chociaż jest rzadziej stosowana niż widma amplitudowe w rutynowej diagnostyce maszyn, gęstość widmowa mocy (PSD) jest niezbędna w zastosowaniach związanych z drganiami losowymi, analizą hałasu oraz w każdej sytuacji wymagającej porównania widm zmierzonych przy użyciu różnych parametrów analizy lub różnych instrumentów.
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 