O que é Densidade Espectral de Potência? Análise PSD • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que é Densidade Espectral de Potência? Análise PSD • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

O que é Densidade Espectral de Potência? Análise PSD

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Entendendo a Densidade Espectral de Potência

Definição: O que é Densidade Espectral de Potência?

Densidade espectral de potência (PSD) é uma representação de vibração Distribuição de energia em função da frequência, expressa como energia por unidade de largura de banda de frequência (unidades: (m/s²)²/Hz para aceleração, (mm/s)²/Hz para velocidade). Ao contrário de um padrão espectro de amplitude A PSD (Distribuição Espectral de Potência) mostra a amplitude em cada frequência, enquanto a PSD exibe como a potência da vibração é distribuída ao longo da frequência, com valores normalizados pela largura de banda de resolução de frequência. Essa normalização torna a PSD independente da largura de banda de análise, permitindo uma comparação significativa entre espectros medidos com diferentes configurações de resolução.

A PSD (Distribuição Espectral de Potência) é particularmente importante para analisar vibrações aleatórias (onde a energia é distribuída continuamente ao longo da frequência, em vez de se concentrar em picos discretos), para análise de ruído e para aplicações que exigem caracterização espectral independente da largura de banda, como testes de vibração e qualificação ambiental.

PSD vs. Espectro de Amplitude

Espectro de amplitude

  • Mostra vibração amplitude em cada frequência
  • Unidades: mm/s, m/s², mils, etc.
  • Amplitudes de pico em frequências discretas (desbalanceamento, falhas em rolamentos)
  • Os valores dependem da largura de banda de resolução da FFT.
  • Visor padrão para diagnóstico de máquinas

Densidade Espectral de Potência

  • Mostra a potência de vibração por Hz da largura de banda.
  • Unidades: (mm/s)²/Hz, (m/s²)²/Hz, etc.
  • Distribuição de energia ao longo da frequência
  • Independentemente da largura de banda de análise
  • Norma para análise de vibração aleatória

Relação

  • PSD = (Amplitude)² / Δf
  • Onde Δf = resolução de frequência (largura do intervalo)
  • A quadratura enfatiza grandes amplitudes.
  • A normalização torna independente da largura de banda.

Aplicações

1. Análise de vibração aleatória

Aplicação principal do PSD:

  • Processos aleatórios: Turbulência, vibração da estrada, sísmico, acústico
  • Espectros contínuos: Energia distribuída ao longo da frequência, não picos discretos.
  • Descrição estatística: PSD descreve a distribuição aleatória de energia do processo.
  • Formato padrão: Especificações de teste de vibração em PSD

2. Caracterização de Ruído de Banda Larga

  • Cavitação ruído em bombas
  • Ruído de fluxo turbulento em ventiladores
  • Ruído aerodinâmico
  • Caracterização do ruído de defeitos em rolamentos

3. Comparação independente da largura de banda

  • Compare os espectros medidos com diferentes configurações de FFT.
  • Dados de diferentes instrumentos ou resoluções
  • Dados históricos com diferentes parâmetros de análise
  • Os valores de PSD são diretamente comparáveis, independentemente da largura de banda.

4. Testes Ambientais

  • As especificações do teste de vibração são apresentadas como PSD (Densidade Espectral de Potência) versus frequência.
  • Controle de mesa vibratória baseado em PSD
  • Testes de qualificação de produto
  • Padrões de choque e vibração

Cálculo do PSD

Da FFT

  • Calcular a FFT do sinal de vibração
  • Eleve ao quadrado cada valor de amplitude.
  • Dividir pela resolução de frequência (Δf = Fmax / Número de linhas)
  • Resultado: PSD em (unidades)²/Hz

Unidades

  • PSD de aceleração: (m/s²)²/Hz ou g²/Hz
  • PSD de velocidade: (mm/s)²/Hz ou (pol/s)²/Hz
  • PSD de deslocamento: (µm)²/Hz ou (mils)²/Hz
  • Frequentemente retratado em planos: Escala logarítmica (dB em relação à referência)

Interpretação de Gráficos PSD

Espectro plano (ruído branco)

  • Densidade espectral de potência constante em toda a faixa de frequência.
  • Energia igual por Hz em todas as frequências
  • Característica da vibração aleatória de banda larga
  • Exemplo: Vibração aleatória ideal para testes

Espectro Inclinado (Ruído Colorido)

  • A densidade espectral de potência (PSD) varia com a frequência.
  • Inclinação ascendente: mais energia em altas frequências.
  • Declive descendente: mais energia em baixas frequências (comum em máquinas)
  • A inclinação indica a distribuição de frequência da energia.

Picos no PSD

  • Componentes de frequência discretos aparecem como picos acima do nível geral.
  • As ressonâncias se manifestam como regiões PSD elevadas
  • É possível identificar as frequências dominantes que contribuem para a energia.

Relação com RMS e Energia Total

Energia total proveniente do PSD

  • Integrar PSD em toda a faixa de frequência
  • Resultado: Valor médio quadrático
  • A raiz quadrada fornece o valor RMS.
  • RMS = √[∫ PSD(f) df]

Energia em faixas de frequência

  • Integrar PSD em uma faixa de frequência específica
  • Dá energia àquela banda.
  • Útil para avaliar a contribuição de diferentes faixas de frequência.

Vantagens do PSD

Resolução Independência

  • Valores de PSD comparáveis independentemente da resolução da FFT.
  • Permite a comparação de dados históricos com diferentes configurações.
  • Padroniza a análise entre diferentes instrumentos.

Representação de Energia

  • Representa diretamente a distribuição de energia vibratória.
  • Os valores ao quadrado enfatizam as frequências dominantes.
  • Natural para análises baseadas em energia

Quadro Estatístico

  • A densidade espectral de potência (PSD) é a base da teoria da vibração aleatória.
  • Permite análises probabilísticas.
  • Suporta a previsão da vida útil à fadiga a partir de cargas aleatórias.

Quando usar PSD

Use PSD quando:

  • Analisando vibrações ou ruídos aleatórios
  • Comparando dados com diferentes larguras de banda de análise
  • Seguindo as especificações do teste em formato PSD.
  • Caracterizando processos de banda larga
  • Análise baseada em energia necessária

Utilize o espectro de amplitude quando:

  • Diagnóstico de rotina de máquinas
  • Identificação de frequências de falhas discretas
  • componentes específicos em alta
  • Os valores de amplitude têm significado direto.

A Densidade Espectral de Potência (PSD) é um conceito fundamental na análise de vibrações aleatórias e fornece uma caracterização espectral independente da largura de banda. Embora menos utilizada do que os espectros de amplitude para diagnósticos de rotina em máquinas, a PSD é essencial para aplicações em vibrações aleatórias, análise de ruído e qualquer situação que exija a comparação de espectros medidos com diferentes parâmetros de análise ou por diferentes instrumentos.

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