Razumevanje gostote močnostnega spektra
Definicija: Kaj je gostota močnostnega spektra?
Spektralna gostota moči (PSD) je predstavitev vibracije porazdelitev energije po frekvenci, izražena kot energija na enoto frekvenčne pasovne širine (enote: (m/s²)²/Hz za pospešek, (mm/s)²/Hz za hitrost). Za razliko od standardne amplitudni spekter ki prikazuje amplitudo pri vsaki frekvenci, PSD pa prikazuje, kako se moč vibracij porazdeli po frekvenci, pri čemer so vrednosti normalizirane s pasovno širino frekvenčne ločljivosti. Zaradi te normalizacije je PSD neodvisen od pasovne širine analize, kar omogoča smiselno primerjavo med spektri, izmerjenimi z različnimi nastavitvami ločljivosti.
PSD je še posebej pomemben za analizo naključnih vibracij (kjer se energija neprekinjeno porazdeli po frekvenci in ne koncentrira na diskretnih vrhovih), za analizo šuma in za aplikacije, ki zahtevajo spektralno karakterizacijo, neodvisno od pasovne širine, kot so testiranje vibracij in okoljska kvalifikacija.
PSD v primerjavi z amplitudnim spektrom
Amplitudni spekter
- Prikazuje vibracije amplituda pri vsaki frekvenci
- Enote: mm/s, m/s², mils itd.
- Vršne amplitude pri diskretnih frekvencah (neuravnoteženost, napake ležajev)
- Vrednosti so odvisne od pasovne širine ločljivosti FFT
- Standardni zaslon za diagnostiko strojev
Spektralna gostota moči
- Prikazuje moč vibracij na Hz pasovne širine
- Enote: (mm/s)²/Hz, (m/s²)²/Hz itd.
- Porazdelitev energije po frekvenci
- Neodvisno od pasovne širine analize
- Standard za analizo naključnih vibracij
Razmerje
- PSD = (Amplituda)² / Δf
- Kjer je Δf = frekvenčna ločljivost (širina bina)
- Kvadriranje poudarja velike amplitude
- Normalizacija naredi pasovno širino neodvisno
Aplikacije
1. Analiza naključnih vibracij
Primarna aplikacija PSD:
- Naključni procesi: Turbulenca, vibracije cestišča, seizmika, akustika
- Neprekinjeni spektri: Energija je porazdeljena po frekvenci, ne pa diskretni vrhovi
- Statistični opis: PSD opisuje naključno porazdelitev energije procesa
- Standardna oblika: Specifikacije vibracijskih preizkusov v PSD
2. Karakterizacija širokopasovnega šuma
- Kavitacija hrup v črpalkah
- Turbulenten hrup v ventilatorjih
- Aerodinamični hrup
- Karakterizacija hrupa zaradi okvar ležajev
3. Primerjava, neodvisna od pasovne širine
- Primerjajte spektre, izmerjene z različnimi nastavitvami FFT
- Podatki iz različnih instrumentov ali ločljivosti
- Zgodovinski podatki z različnimi parametri analize
- Vrednosti PSD so neposredno primerljive ne glede na pasovno širino
4. Okoljsko testiranje
- Specifikacije vibracijskih preskusov so podane kot PSD v odvisnosti od frekvence
- Krmiljenje stresalne mize na podlagi PSD
- Testiranje kvalifikacije izdelka
- Standardi za udarce in vibracije
Izračun PSD
Iz FFT-ja
- Izračunaj FFT vibracijskega signala
- Vsako vrednost amplitude kvadrirajte
- Deljenje s frekvenčno ločljivostjo (Δf = Fmax / število vrstic)
- Rezultat: PSD v (enotah)²/Hz
Enote
- PSD pospeška: (m/s²)²/Hz ali g²/Hz
- Hitrost PSD: (mm/s)²/Hz ali (in/s)²/Hz
- PSD premika: (µm)²/Hz ali (mili)²/Hz
- Pogosto narisano: Logaritmična lestvica (dB glede na referenco)
Interpretacija PSD grafov
Ploski spekter (beli šum)
- Konstantna PSD po frekvenci
- Enaka energija na Hz pri vseh frekvencah
- Značilnost širokopasovnih naključnih vibracij
- Primer: Idealne naključne vibracije za testiranje
Nagnjen spekter (barvni šum)
- PSD se spreminja s frekvenco
- Naraščajoči naklon: več energije pri visokih frekvencah
- Padajoči naklon: več energije pri nizkih frekvencah (pogosto pri strojih)
- Naklon označuje frekvenčno porazdelitev energije
Vrhovi v PSD
- Diskretne frekvenčne komponente se pojavljajo kot vrhovi nad splošno ravnjo
- Resonance se kažejo kot povišana območja PSD
- Lahko prepozna dominantne frekvence, ki prispevajo k energiji
Razmerje med efektivno vrednostjo (RMS) in skupno energijo
Skupna energija iz PSD
- Integrirajte PSD v celotnem frekvenčnem območju
- Rezultat: Povprečna kvadratna vrednost
- Kvadratni koren daje efektivno vrednost
- RMS = √[∫ PSD(f) df]
Energija v frekvenčnih pasovih
- Integrirajte PSD v določenem frekvenčnem območju
- Daje energijo v tem pasu
- Uporabno za ocenjevanje prispevka različnih frekvenčnih območij
Prednosti PSD-ja
Neodvisnost od ločljivosti
- Vrednosti PSD primerljive ne glede na ločljivost FFT
- Omogoča primerjavo zgodovinskih podatkov z različnimi nastavitvami
- Standardizira analizo med različnimi instrumenti
Predstavitev energije
- Neposredno predstavlja porazdelitev energije vibracij
- Kvadratne vrednosti poudarjajo dominantne frekvence
- Naravno za analizo na osnovi energije
Statistični okvir
- PSD je temelj teorije naključnih vibracij
- Omogoča verjetnostno analizo
- Podpira napovedovanje utrujenostne dobe zaradi naključne obremenitve
Kdaj uporabiti PSD
Uporabite PSD, kadar:
- Analiza naključnih vibracij ali hrupa
- Primerjava podatkov z različnimi pasovnimi širinami analize
- Sledenje testnim specifikacijam v formatu PSD
- Karakterizacija širokopasovnih procesov
- Potrebna je analiza na podlagi energije
Uporabite amplitudni spekter, kadar:
- Rutinska diagnostika strojev
- Prepoznavanje diskretnih frekvenc napak
- Trendne specifične komponente
- Neposredno smiselne vrednosti amplitude
Spektralna gostota moči je temeljni koncept pri analizi naključnih vibracij in zagotavlja spektralno karakterizacijo, neodvisno od pasovne širine. Čeprav se za rutinsko diagnostiko strojev uporablja manj pogosto kot amplitudni spektri, je PSD bistvenega pomena za aplikacije naključnih vibracij, analizo hrupa in vse situacije, ki zahtevajo primerjavo spektrov, izmerjenih z različnimi parametri analize ali z različnimi instrumenti.
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 