Înțelegerea aliasingului în analiza vibrațiilor
Definiție: Ce este aliasingul?
Aliasing este o eroare critică de procesare a semnalului care poate apărea în timpul analizei digitale a datelor de vibrații. Se întâmplă atunci când un semnal este eșantionat la o rată prea mică pentru a capta cu precizie componentele sale de cea mai înaltă frecvență. Drept urmare, aceste frecvențe înalte „se îndoaie” sau „imit” frecvențele mai joase în spectrul FFT rezultat, creând vârfuri de frecvență false care pot duce la o diagnosticare greșită gravă a stării mașinii.
Teorema lui Nyquist și rata de eșantionare
Pentru a înțelege aliasingul, trebuie mai întâi să înțelegem Teorema lui Nyquist (cunoscută și sub numele de teorema de eșantionare Nyquist-Shannon). Acest principiu fundamental al procesării semnalelor digitale afirmă:
Pentru a reprezenta cu acuratețe un semnal analogic în formă digitală, frecvența de eșantionare (Fs) trebuie să fie cel puțin de două ori mai mare decât componenta de frecvență cea mai mare (Fmax) prezentă în semnal.
Această rată minimă de eșantionare (2 * Fmax) se numește Rata NyquistÎn analiza vibrațiilor, cea mai mare frecvență de interes care poate fi măsurată cu precizie este, prin urmare, jumătate din rata de eșantionare (Fmax = Fs / 2). Această frecvență Fmax este adesea denumită frecvență Nyquist.
Cum se produce aliasingul?
Imaginați-vă un semnal de vibrație de înaltă frecvență măsurat de un analizor digital. Analizorul preia eșantioane discrete (instantanee) ale semnalului la o rată fixă (frecvența de eșantionare).
- Dacă rata de eșantionare este suficient de mare (mult peste rata Nyquist), analizorul capturează un număr suficient de puncte pentru a reconstrui cu precizie forma de undă.
- Totuși, dacă rata de eșantionare este prea mică, analizorul „ratează” ce se întâmplă între eșantioane. Puținele puncte pe care le capturează pot fi conectate pentru a forma o undă sinusoidală complet diferită, de frecvență mai joasă. Această nouă frecvență fals joasă este „aliasul”.
De exemplu, dacă un semnal conține o componentă de 900 Hz, dar Fmax-ul analizorului este setat la 500 Hz (adică o rată de eșantionare de 1000 Hz), componenta de 900 Hz nu poate fi măsurată corect. Va fi „aliasată” și va apărea ca un vârf la o frecvență mai mică (în mod specific la Fs – 900 Hz = 1000 – 900 = 100 Hz), putând fi confundată cu o vibrație de 1X viteza de funcționare.
Prevenirea aliasingului: Filtrul anti-aliasing
Este imposibil să cunoaștem în avans tot conținutul de înaltă frecvență (de exemplu, din zgomotul ultrasonic, impacturi sau interferențe de radiofrecvență) care ar putea fi prezent într-un semnal. Prin urmare, bazarea pe simpla setare a ratei de eșantionare suficient de mare nu este o soluție practică.
Soluția utilizată în toate analizoarele digitale de vibrații moderne este filtru anti-aliasingAcesta este un filtru trece-jos abrupt, plasat pe calea semnalului *înainte* de convertorul analog-digital (ADC). Iată cum funcționează:
- Utilizatorul setează frecvența maximă dorită (Fmax) pentru analiza sa.
- Pe baza acestui Fmax, analizorul setează automat frecvența de tăiere a filtrului anti-aliasing puțin peste Fmax.
- Semnalul analogic de la senzor trece prin acest filtru, care elimină sau atenuează puternic toate frecvențele peste punctul de tăiere.
- Doar semnalul filtrat, „curat” este apoi trimis către ADC pentru eșantionare.
Prin eliminarea frecvențelor înalte pe care rata de eșantionare aleasă nu le poate gestiona, filtrul anti-aliasing face fizic imposibilă apariția aliasingului. Este una dintre cele mai importante componente ale unui analizor de semnal digital, asigurând că spectrul FFT rezultat este o reprezentare fidelă și precisă a vibrațiilor mașinii în intervalul de frecvență ales.
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 