Разумевање алијасинга у анализи вибрација

Дефиниција: Шта је алијасинг?

Алијасинг је критична грешка у обради сигнала која се може јавити током дигиталне анализе података о вибрацијама. Дешава се када се сигнал узоркује брзином која је прениска да би се прецизно забележиле његове компоненте највише фреквенције. Као резултат тога, ове високе фреквенције „спуштају“ или „имитирају“ ниже фреквенције у резултујућем FFT спектру, стварајући лажне фреквентне врхове који могу довести до озбиљне погрешне дијагнозе стања машине.

Никвистова теорема и брзина узорковања

Да бисмо разумели алијасинг, прво морамо разумети Никвистова теорема (такође познато као Никвист-Шенонова теорема о узорковању). Овај фундаментални принцип дигиталне обраде сигнала гласи:

Да би се аналогни сигнал прецизно представио у дигиталном облику, фреквенција узорковања (Fs) мора бити најмање два пута већа од највеће фреквентне компоненте (Fmax) присутне у сигналу.

Ова минимална фреквенција узорковања (2 * Fmax) се назива Најквистова стопаУ анализи вибрација, највиша фреквенција од интереса која се може прецизно измерити је стога половина брзине узорковања (Fmax = Fs / 2). Ова Fmax се често назива Никвистова фреквенција.

Како долази до алијасинга?

Замислите високофреквентни вибрациони сигнал који мери дигитални анализатор. Анализатор узима дискретне узорке (снимке) сигнала фиксном брзином (фреквенција узорковања).

• Ако је брзина узорковања довољно висока (знатно изнад Најквистове брзине), анализатор хвата довољан број тачака да прецизно реконструише таласни облик.
• Међутим, ако је брзина узорковања прениска, анализатор „пропушта“ оно што се дешава између узорака. Неколико тачака које забележи могу се повезати да би се формирао потпуно другачији синусни талас ниже фреквенције. Ова нова, лажно ниска фреквенција је „алиас“.

На пример, ако сигнал садржи компоненту од 900 Hz, али је Fmax анализатора подешен на 500 Hz (што значи брзину узорковања од 1000 Hz), компонента од 900 Hz не може се правилно измерити. Биће „алијасирана“ и појавиће се као врх на нижој фреквенцији (тачније на Fs – 900 Hz = 1000 – 900 = 100 Hz), што може довести до грешке као вибрација брзине рада од 1X.

Спречавање алијасинга: Филтер против алијасинга

Немогуће је унапред знати сав високофреквентни садржај (нпр. од ултразвучне буке, удараца или радиофреквентних сметњи) који може бити присутан у сигналу. Стога, ослањање на једноставно подешавање довољно високе брзине узорковања није практично решење.

Решење које се користи у свим модерним дигиталним анализаторима вибрација је филтер против алијасингаОво је стрми нископропусни филтер који се поставља на путању сигнала *пре* аналогно-дигиталног претварача (ADC). Ево како функционише:

1. Корисник подешава жељену максималну фреквенцију (Fmax) за своју анализу.
2. На основу овог Fmax-а, анализатор аутоматски подешава граничну фреквенцију анти-алијасинг филтера мало изнад Fmax-а.
3. Аналогни сигнал са сензора пролази кроз овај филтер, који уклања или снажно ослабљује све фреквенције изнад тачке граничења.
4. Само филтрирани, „чисти“ сигнал се затим шаље АЦП-у на узорковање.

Уклањањем високих фреквенција које изабрана брзина узорковања не може да обради, филтер против алијасинга физички онемогућава појаву алијасинга. То је једна од најкритичнијих компоненти дигиталног анализатора сигнала, осигуравајући да резултујући FFT спектар буде истинит и тачан приказ вибрација машине унутар изабраног фреквентног опсега.

← Назад на главни индекс