Razumevanje dinamičnega razpona

Naprave

Prenosni balanser in analizator vibracij Balanset-1A

$2,358.31

Deli

Senzor vibracij

$107.47

Deli

Optični senzor (laserski tahometer)

$148.07

Naprave

Balanset-4

$8,123.32

Deli

Magnetno stojalo velikosti 60 kgf

$54.93

Deli

Reflektivni trak

$11.94

Naprave

Dinamični balanser "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicija: Kaj je dinamični razpon?

Dinamični razpon je razmerje med največjim in najmanjšim signalom, ki ga lahko merilni sistem natančno obdela, običajno izraženo v decibelih (dB). Za vibracije V merilnih sistemih dinamično območje določa razpon od šumnega praga (najmanjši zaznavni signal) do točke nasičenosti (največji signal pred odrezovanjem ali popačenjem). Široko dinamično območje omogoča merjenje tako zelo majhnih vibracij (zgodnje okvare ležajev) kot zelo velikih vibracij (huda neuravnoteženost) z isto nastavitvijo instrumenta.

Dinamično območje je ključnega pomena, ker vibracije resničnih strojev vsebujejo komponente, ki segajo v široka amplitudna območja – od udarcev okvar ležajev z mikrogrami do sil neuravnoteženosti z večgrami. Ustrezno dinamično območje zagotavlja, da se zajamejo vse diagnostične informacije, ne da bi pri tem izginile v šum ali nasičile merilni sistem.

Matematični izraz

Formula

• Dinamični razpon (dB) = 20 × log₁₀ (največji signal / najmanjši signal)
• Primer: maks. 10 V, min. 1 mV → DR = 20 × log(10/0,001) = 80 dB
• Decibelna lestvica kompaktno sprejme ogromna razmerja

Linearno razmerje

• Dinamični razpon lahko izrazimo tudi kot preprosto razmerje
• 80 dB = razmerje 10.000:1
• 100 dB = razmerje 100.000:1
• 120 dB = razmerje 1.000.000:1

Komponente, ki vplivajo na dinamični razpon

Zgornja meja: Nasičenost

• Nasičenost senzorja: Največja vibracija pred zaklepanjem izhoda senzorja
• Nasičenost A/D pretvornika: Največja napetost pred sponkami digitalizatorja (±5 V, tipično ±10 V)
• Nasičenost ojačevalnika: Stopnje obdelave signalov se lahko skrajšajo
• Učinek: Signal doseže vrhunec, valovna oblika je popačena, spekter kaže lažne harmonike

Spodnja meja: Šumna meja

• Hrup senzorja: Inherentni električni šum v elektroniki senzorjev
• Šum kabla: Električne motnje v kablih
• Hrup instrumenta: Elektronski šum v analizatorju
• Kvantizacijski šum: Iz ločljivosti A/D pretvornika
• Učinek: Signali pod šumno mejo, ki jih ni mogoče razlikovati od šuma

Tipični dinamični razponi

Senzorji

• IEPE merilniki pospeška: Tipično 80–100 dB
• Merilniki pospeška v načinu polnjenja: 100–120 dB
• Pretvorniki hitrosti: 60–80 dB
• Bližinske sonde: 60–80 dB

Analizatorji in zajem podatkov

• 16-bitni analogno-digitalni pretvornik: ~96 dB teoretično, 80–90 dB praktično
• 24-bitni analogno-digitalni pretvornik: ~144 dB teoretično, 110–120 dB praktično
• Sodobni analizatorji: Tipični dinamični razpon sistema 90–110 dB

Pomen pri analizi vibracij

Sočasni majhni in veliki signali

• Spekter ima lahko velike vrhove 1× (neuravnoteženost) in majhne vrhove napak ležaja
• Razmerje je lahko 1000:1 ali več (60 dB)
• Ustrezen dinamični razpon zagotavlja tako vidno
• Nezadosten razpon: majhni vrhovi se izgubijo v šumu ali pa se veliki vrhovi nasičijo

Analiza ovojnice

• Zahteva zaznavanje udarcev ležajev z nizko energijo v prisotnosti vibracij z visoko energijo in nizko frekvenco
• Širok dinamični razpon je ključnega pomena za zgodnje odkrivanje napak ležajev
• Pasovno filtriranje pomaga, vendar je dinamični razpon še vedno pomemben

Spektralna analiza

• Želim videti tako dominantne vrhove kot majhne diagnostične vrhove
• Logaritemska amplitudna lestvica pomaga vizualizirati širok razpon
• Dinamični razpon določa vidni razpon v spektru

Optimizacija dinamičnega razpona

Nastavitve ojačanja

• Prilagodite vhodno ojačanje za uporabo celotnega območja A/D
• Premajhno ojačanje: slaba ločljivost (omejitev šuma)
• Previsoko ojačanje: odrezovanje (omejitev nasičenosti)
• Optimalno: signal doseže vrh pri 70–801 TP3T polne skale

Izbira senzorja

• Izberite občutljivost ujemanje pričakovanih vibracij
• Visoka občutljivost za nizke vibracije
• Nizka občutljivost za visoke vibracije
• Kompromisi, če je razpon vibracij zelo širok

Filtriranje

• Visokoprepustni filter odstrani dominantno nizkofrekvenčno komponento
• Omogoča uporabo večjega ojačanja na preostalem signalu
• Učinkovito poveča dinamični razpon za visokofrekvenčno analizo
• Strategija, uporabljena pri analizi ovojnice

Praktična vprašanja

Nasičenost (obrezovanje)

• Simptom: Valovna oblika z ravnim vrhom, lažni harmoniki v spektru
• Vzrok: Signal presega doseg sistema
• Rešitev: Zmanjšajte ojačanje, uporabite senzor z manjšo občutljivostjo, filtrirajte velike komponente
• Preprečevanje: Preverite indikatorje odpiranja na instrumentu

Omejitev hrupa

• Simptom: Ne more zaznati majhnih sprememb vibracij, hrupno spekter
• Vzrok: Signal je preblizu šumnega praga
• Rešitev: Povečajte ojačanje, uporabite senzor z višjo občutljivostjo, boljši kabel/ozemljitev

Prikaz in skaliranje

Linearno merilo

• Omejen efektivni razpon prikaza (~40–50 dB)
• Majhni vrhovi nevidni, če so prisotni veliki vrhovi
• Dobro za situacije z omejenim dinamičnim razponom

Logaritemska lestvica (dB)

• Lahko prikaže celoten dinamični razpon na enem grafu
• Vidni so tako majhni kot veliki vrhovi
• Standard za analize, ki zahtevajo širok dinamični razpon
• Bistveno za podrobno diagnostiko

Dinamično območje je temeljna specifikacija, ki opredeljuje zmožnost merilnega sistema za obdelavo signalov, ki segajo v široka amplitudna območja. Razumevanje dinamičnega območja, njegova optimizacija z ustreznimi nastavitvami ojačanja in izbiro senzorjev ter prepoznavanje njegovih omejitev omogoča zajemanje vseh diagnostičnih informacij – od subtilnih zgodnjih znakov napak do dominantnih mehanskih vibracij – v celovitih in zanesljivih meritvah vibracij.

---

← Nazaj na glavno kazalo