Pochopenie výkonovej spektrálnej hustoty
Definícia: Čo je výkonová spektrálna hustota?
Spektrálna hustota výkonu (PSD) je reprezentáciou vibrácie rozloženie energie naprieč frekvenciou, vyjadrené ako energia na jednotku frekvenčného pásma (jednotky: (m/s²)²/Hz pre zrýchlenie, (mm/s)²/Hz pre rýchlosť). Na rozdiel od štandardu amplitúdové spektrum PSD, ktorá zobrazuje amplitúdu pri každej frekvencii, ukazuje, ako je vibračný výkon rozložený naprieč frekvenciou, pričom hodnoty sú normalizované šírkou pásma frekvenčného rozlíšenia. Táto normalizácia robí PSD nezávislou od šírky pásma analýzy, čo umožňuje zmysluplné porovnanie spektier meraných s rôznymi nastaveniami rozlíšenia.
PSD je obzvlášť dôležité pre analýzu náhodných vibrácií (kde je energia rozložená kontinuálne naprieč frekvenciou, a nie je koncentrovaná v diskrétnych vrcholoch), pre analýzu šumu a pre aplikácie vyžadujúce spektrálnu charakterizáciu nezávislú od šírky pásma, ako sú vibračné testy a environmentálna kvalifikácia.
PSD vs. amplitúdové spektrum
Amplitúdové spektrum
- Zobrazuje vibrácie amplitúda na každej frekvencii
- Jednotky: mm/s, m/s², mil atď.
- Špičkové amplitúdy pri diskrétnych frekvenciách (nevyváženosť, poruchy ložísk)
- Hodnoty závisia od šírky pásma rozlíšenia FFT
- Štandardný displej pre diagnostiku strojov
Spektrálna hustota výkonu
- Zobrazuje vibračný výkon na Hz šírky pásma
- Jednotky: (mm/s)²/Hz, (m/s²)²/Hz atď.
- Rozloženie energie naprieč frekvenciou
- Nezávisle od šírky pásma analýzy
- Norma pre analýzu náhodných vibrácií
Vzťah
- PSD = (Amplitúda)² / Δf
- Kde Δf = frekvenčné rozlíšenie (šírka priečinka)
- Kvadratúra zdôrazňuje veľké amplitúdy
- Normalizácia robí nezávislú od šírky pásma
Aplikácie
1. Analýza náhodných vibrácií
Primárna aplikácia PSD:
- Náhodné procesy: Turbulencia, vibrácie vozovky, seizmické, akustické
- Kontinuálne spektrá: Energia rozložená naprieč frekvenciou, nie diskrétne vrcholy
- Štatistický popis: PSD opisuje náhodné rozdelenie energie procesu
- Štandardný formát: Špecifikácie vibračných skúšok v PSD
2. Charakterizácia širokopásmového šumu
- Kavitácia hluk v čerpadlách
- Turbulentný hluk prúdenia vo ventilátoroch
- Aerodynamický hluk
- Charakterizácia hluku z defektov ložiska
3. Porovnanie nezávislé od šírky pásma
- Porovnajte spektrá namerané s rôznymi nastaveniami FFT
- Údaje z rôznych prístrojov alebo rozlíšení
- Historické údaje s rôznymi parametrami analýzy
- Hodnoty PSD sú priamo porovnateľné bez ohľadu na šírku pásma
4. Testovanie vplyvov prostredia
- Špecifikácie vibračných skúšok uvedené ako PSD v závislosti od frekvencie
- Riadenie trepacieho stola na základe PSD
- Testovanie kvalifikácie produktu
- Normy pre nárazy a vibrácie
Výpočet PSD
Z FFT
- Výpočet rýchlej premeny funkcie (FFT) vibračného signálu
- Umocnite každú hodnotu amplitúdy
- Vydeliť frekvenčným rozlíšením (Δf = Fmax / Počet riadkov)
- Výsledok: PSD v (jednotkách)²/Hz
Jednotky
- Zrýchlenie PSD: (m/s²)²/Hz alebo g²/Hz
- Rýchlosť PSD: (mm/s)²/Hz alebo (palce/s)²/Hz
- PSD posunutia: (µm)²/Hz alebo (mil)²/Hz
- Často vykresľované: Logaritmická stupnica (dB vzhľadom na referenčnú hodnotu)
Interpretácia PSD grafov
Ploché spektrum (biely šum)
- Konštantná PSD naprieč frekvenciou
- Rovnaká energia na Hz pri všetkých frekvenciách
- Charakteristika širokopásmových náhodných vibrácií
- Príklad: Ideálne náhodné vibrácie na testovanie
Šikmé spektrum (farebný šum)
- PSD sa mení s frekvenciou
- Rastúci sklon: viac energie pri vysokých frekvenciách
- Klesajúci sklon: viac energie pri nízkych frekvenciách (bežné v strojoch)
- Sklon označuje frekvenčné rozloženie energie
Vrcholy v PSD
- Diskrétne frekvenčné zložky sa objavujú ako vrcholy nad všeobecnou úrovňou
- Rezonancie sa prejavujú ako zvýšené oblasti PSD
- Dokáže identifikovať dominantné frekvencie prispievajúce k energii
Vzťah k RMS a celkovej energii
Celková energia z PSD
- Integrácia PSD v celom frekvenčnom rozsahu
- Výsledok: Stredná kvadratická hodnota
- Druhá odmocnina udáva hodnotu RMS
- RMS = √[∫ PSD(f) df]
Energia vo frekvenčných pásmach
- Integrácia PSD v rámci špecifického frekvenčného rozsahu
- Dodáva energiu v tomto pásme
- Užitočné na posúdenie príspevku rôznych frekvenčných rozsahov
Výhody PSD
Nezávislosť od riešenia
- Hodnoty PSD porovnateľné bez ohľadu na rozlíšenie FFT
- Umožňuje porovnanie historických údajov s rôznymi nastaveniami
- Štandardizuje analýzu naprieč rôznymi nástrojmi
Energetická reprezentácia
- Priamo predstavuje rozloženie energie vibrácií
- Štvorcové hodnoty zdôrazňujú dominantné frekvencie
- Prirodzené pre analýzu založenú na energii
Štatistický rámec
- PSD je základom teórie náhodných vibrácií
- Umožňuje pravdepodobnostnú analýzu
- Podporuje predikciu únavovej životnosti z náhodného zaťaženia
Kedy použiť PSD
Použite PSD, keď:
- Analýza náhodných vibrácií alebo šumu
- Porovnanie údajov s rôznymi šírkami pásma analýzy
- Dodržiavanie testovacích špecifikácií vo formáte PSD
- Charakterizácia procesov širokopásmového pripojenia
- Vyžaduje sa analýza založená na energii
Použite amplitúdové spektrum, keď:
- Rutinná diagnostika strojov
- Identifikácia diskrétnych frekvencií porúch
- Trendy v špecifických komponentoch
- Hodnoty amplitúdy majú priamy význam
Spektrálna hustota výkonu je základným konceptom v analýze náhodných vibrácií a poskytuje spektrálnu charakterizáciu nezávislú od šírky pásma. Hoci sa menej bežne používa ako amplitúdové spektrá pre rutinnú diagnostiku strojov, PSD je nevyhnutná pre aplikácie s náhodnými vibráciami, analýzu šumu a akúkoľvek situáciu vyžadujúcu porovnanie spektier meraných s rôznymi analytickými parametrami alebo z rôznych prístrojov.
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 