Pochopenie automatického spektra
Definícia: Čo je Auto-Spectrum?
Automatické spektrum (tiež nazývané autospektrum, výkonové spektrum alebo jednoducho spektrum) je reprezentácia jedného signálu vo frekvenčnej doméne vibrácie signál, zobrazujúci rozloženie vibračnej energie alebo amplitúda ako funkcia frekvencie. Vypočíta sa tak, že sa vezme Rýchla Fourierova transformácia (FFT) signálu a zobrazujúca veľkosť každej frekvenčnej zložky. Pojem “autospektrum” ho odlišuje od krížového spektra (ktoré spája dva rôzne signály) a zdôrazňuje, že ide o spektrum signálu samého so sebou.
V praxi je autospektrum to, čo väčšina ľudí jednoducho nazýva “spektrum” alebo “FFT spektrum” – je to štandardné zobrazenie frekvenčnej analýzy vo vibračných analyzátoroch, ktoré zobrazuje vrcholy pri nevyváženosť, frekvencie porúch ložísk, ozubené koleso a ďalšie diagnostické komponenty. Pochopenie toho, že technicky ide o automatické spektrum, je dôležité pri práci s viackanálovou analýzou, kde vstupujú do hry krížové spektrá a ďalšie korelačné funkcie.
Matematický základ
Výpočtové metódy
Priama FFT
- Výpočet rýchlej premeny funkcie (FFT) časového signálu
- Vypočítajte veľkosť každej komplexnej zložky FFT
- Zobraziť magnitúdu vs. frekvenciu
- Najbežnejšie a najjednoduchšie
Prostredníctvom autokorelácie
- Výpočet autokorelačnej funkcie signálu
- Vykonajte FFT autokorelácie
- Výsledkom je autospektrum (Wiener-Khinchinova veta)
- Matematicky ekvivalentná, ale výpočtovo odlišná trasa
Priemerovanie
- Viaceré automatické spektrá vypočítané zo sekvenčných časových záznamov
- Spriemerované spolu na zníženie šumu a zlepšenie štatistickej spoľahlivosti
- Typické: 4 – 16 priemerov pre diagnostiku strojov
- Viac priemerov pre náhodné vibrácie (50-100+)
Vlastnosti a charakteristiky
Skutočne oceňované
- Autospektrum je vždy reálne (žiadna imaginárna časť)
- Predstavuje iba magnitúdu, nie fáza informácie
- Výpočet straty fázy vo výpočte magnitúdy
- Dostatočné pre väčšinu jednobodových diagnostických metód
Vždy pozitívny
- Hodnoty vždy ≥ 0 (kvadrát magnitúdy alebo magnitúda)
- Nemôže mať záporné spektrálne hodnoty
- Predstavuje energiu alebo silu (vo svojej podstate pozitívne)
Symetrický (pre reálne signály)
- Autospektrum reálneho signálu symetrické okolo Nyquistovej frekvencie
- Negatívne frekvencie odrážajú kladné frekvencie
- Zobrazujú sa iba kladné frekvencie (obsahujú všetky informácie)
Auto-Spectrum v diagnostike strojov
Štandardný diagnostický displej
- To, čo technici nazývajú “spektrum” alebo “FFT”
- Zobrazuje všetky zložky vibračnej frekvencie
- Identifikované vrcholy a priradené k typom porúch
- Primárny nástroj na diagnostiku porúch
Typické vlastnosti
- 1× Vrchol: Nevyváženosť alebo iné zdroje 1×
- 2× Vrchol: Nesprávne zarovnanie alebo uvoľnenie
- Ložiskové frekvencie: BPFO, BPFI, BSF, FTF
- Ozubená sieť: Frekvencia zapojenia zubov
- Elektrické: 2× frekvencia siete (120/100 Hz)
- Prahová hodnota šumu: Úroveň pozadia z náhodných vibrácií a šumu
Auto-spektrum vs. krížové spektrum
Auto-Spectrum (jeden kanál)
- Spektrum jedného signálu
- Zobrazuje frekvenčný obsah
- Žiadne informácie o fáze
- Dostatočné pre väčšinu diagnostických postupov
- Štandardná jednokanálová FFT
Krížové spektrum (dva kanály)
- Vzťah medzi dvoma signálmi
- Zobrazuje bežný frekvenčný obsah
- Zahŕňa fázový vzťah
- Používa sa v analýze prenosových funkcií, koherencii
- Vyžaduje dva synchronizované kanály
Priemerovanie automatických spektier
Lineárne priemerovanie
- Aritmetický priemer viacerých autospektier
- Znižuje náhodné zmeny šumu
- Zlepšuje odhad skutočného spektra
- Norma pre analýzu strojov
Exponenciálne priemerovanie
- Vážený priemer dáva väčšiu váhu nedávnym spektrám
- Užitočné na sledovanie meniacich sa podmienok
- Aplikácie na monitorovanie v reálnom čase
Udržanie vrcholu (maximálne spektrum)
- Každý frekvenčný interval obsahuje maximálnu hodnotu
- Zachytáva prechodné zložky
- Užitočné pre analýzu spustenia/vypnutia
Formáty zobrazenia
Lineárna mierka
- Lineárna os Y (mm/s, m/s² atď.)
- Ľahko čitateľné absolútne hodnoty
- Malé vrcholy môžu byť neviditeľné, ak sú prítomné veľké vrcholy
- Bežné pre rutinnú analýzu
Logaritmická stupnica (dB)
- Os Y v decibeloch (20 log (amplitúda/referencia))
- Viditeľný široký dynamický rozsah
- Viditeľné malé aj veľké vrcholy
- Spoločné pre výskum a podrobnú analýzu
Frekvenčná os
- Lineárne: Rovnaké rozstupy Hz, štandard pre stroje
- Logaritmický: Rovnaké oktávové rozstupy, užitočné pre široké frekvenčné rozsahy
Ukazovatele kvality
Spektrálna kvalita
- Čisté spektrum: Jasné vrcholy, nízka hladina šumu
- Šumivé spektrum: Vysoké pozadie, nejasné vrcholy
- Priemerovanie: Zlepšuje kvalitu znížením hluku
- Uznesenie: Dostatočné na oddelenie blízkych vrcholov
Indikátory preťaženia
- Skontrolujte preťaženie signálu počas akvizície
- Preťaženie vytvára falošné spektrálne zložky
- Upravte vstupný zisk, ak dôjde k preťaženiu
Autospektrum je základný nástroj frekvenčnej analýzy vo vibračnej diagnostike, ktorý predstavuje jednokanálovú FFT, ktorú technici denne používajú na identifikáciu porúch a hodnotenie stavu. Pochopenie toho, že “spektrum” je technicky autospektrum a ako súvisí s krížovými spektrami a inými technikami spektrálnej analýzy, poskytuje základ pre pokročilú viackanálovú analýzu a komplexnú diagnostiku strojov.
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 