การวิเคราะห์เซปสตรัมในการวินิจฉัยการสั่นสะเทือน

คำจำกัดความ: Cepstrum คืออะไร?

การวิเคราะห์เซปสตรัม เป็นเทคนิคการประมวลผลสัญญาณขั้นสูงที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างคาบภายในสเปกตรัมความถี่ ชื่อ "cepstrum" เป็นอักษรผสมของ "spectrum" ซึ่งบ่งบอกถึงลักษณะของมัน กล่าวคือ แท้จริงแล้วคือ "สเปกตรัมของสเปกตรัม" คำนวณโดยการหาค่าลอการิทึมของสเปกตรัมความถี่ แล้วทำการแปลงฟูริเยร์ผกผันกับผลลัพธ์ กระบวนการนี้จะเน้นรูปแบบคาบในสเปกตรัม เช่น ตระกูลฮาร์โมนิกหรือแถบข้าง ซึ่งอาจแยกแยะได้ยากหากดูจากสเปกตรัมโดยตรง

ในพล็อตเซปสตรัม แกน x เรียกว่า คิวเฟรนซี (แอนนาแกรมของความถี่) และมีหน่วยของเวลา จุดสูงสุดบนแกนนี้เรียกว่า ราห์มอนิกส์, ระบุช่วงเวลา (เป็นวินาที) ของรูปแบบที่เกิดซ้ำในสเปกตรัมเดิม

เหตุใดจึงต้องใช้การวิเคราะห์เซปสตรัม?

แม้ว่าสเปกตรัม FFT มาตรฐานจะเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการระบุองค์ประกอบความถี่แต่ละองค์ประกอบ แต่สเปกตรัมนี้อาจซับซ้อนและตีความได้ยากเมื่อความผิดพลาดของเครื่องจักรทำให้เกิดฮาร์โมนิกและแถบข้างจำนวนมาก การวิเคราะห์เซปสตรัมช่วยลดความซับซ้อนของการวิเคราะห์นี้ด้วยการรวบรวมความถี่ที่ซ้ำกันทั้งหมดไว้ในจุดสูงสุดเดียวที่ชัดเจน การใช้งานหลักๆ มีดังนี้:

• การตรวจจับครอบครัวฮาร์มอนิก: สามารถระบุความถี่พื้นฐานและฮาร์โมนิกส์ได้อย่างง่ายดาย แม้ว่าความถี่พื้นฐานนั้นจะอ่อนแอหรือไม่มีอยู่ในสเปกตรัมก็ตาม
• การระบุกลุ่ม Sideband: มีประสิทธิภาพในการค้นหาแถบข้าง (sidebands) ซึ่งมักจะมีแอมพลิจูดต่ำและถูกฝังอยู่ในสัญญาณรบกวน Cepstrum สามารถแสดงการมีอยู่ของแถบข้างได้อย่างชัดเจนและวัดระยะห่างของแถบข้างได้
• การแยกเอฟเฟกต์แหล่งที่มาและเส้นทาง: ในการใช้งานบางกรณี สามารถช่วยแยกสัญญาณแหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือนจากการตอบสนองเชิงโครงสร้างของเครื่องจักรได้
• การตรวจจับเสียงสะท้อน: สามารถระบุเสียงสะท้อนหรือการสะท้อนในสัญญาณได้

แอปพลิเคชันหลักในการวินิจฉัยเครื่องจักร

1. การวินิจฉัยระบบเกียร์

นี่คือการประยุกต์ใช้การวิเคราะห์เซปสตรัมที่พบได้บ่อยและมีประสิทธิภาพมากที่สุด ฟันเฟืองที่เสียหายจะปรับความถี่ของเฟือง (GMF) ทำให้เกิดแถบข้างรอบจุดสูงสุดของ GMF ที่ระยะห่างระหว่างความเร็วรอบของเฟืองนั้น ในกล่องเกียร์ที่ซับซ้อนซึ่งมีเพลาและเฟืองหลายตัว สเปกตรัมอาจประกอบด้วย GMF และแถบข้างที่แตกต่างกันอย่างน่าสับสน เซปสตรัมช่วยตัดผ่านความซับซ้อนนี้:

• ค่าสูงสุดในเซปสตรัมที่ค่าความถี่ที่สอดคล้องกับคาบการหมุนของเฟือง (1 / RPM) ถือเป็นตัวบ่งชี้ที่ชัดเจนถึงความผิดพลาดของเฟืองตัวนั้นโดยเฉพาะ
• แอมพลิจูดของจุดสูงสุดของเซปสตรัมสามารถนำมาใช้เป็นแนวโน้มในการติดตามความคืบหน้าของการสึกหรอของเกียร์ได้

2. การวิเคราะห์ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง

เช่นเดียวกับกระปุกเกียร์ ข้อบกพร่องของตลับลูกปืนก็ทำให้เกิดแถบข้าง (sidebands) เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ข้อบกพร่องบนวงแหวนในจะทำให้เกิดแถบข้างที่เว้นระยะห่างตามความเร็วเพลารอบความถี่ข้อบกพร่องของวงแหวนใน (BPFI) และฮาร์มอนิกของมัน เซปสตรัมสามารถช่วยยืนยันการมีอยู่ของรูปแบบเหล่านี้ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรูปแบบเหล่านี้ไม่ชัดเจนในสเปกตรัม

3. การวิเคราะห์เทอร์โบแมชชีนเนอรี่

ในกังหันและคอมเพรสเซอร์ สามารถใช้เซปสตรัมเพื่อระบุฮาร์มอนิกความถี่ผ่านใบพัดและวินิจฉัยปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความเสียหายของใบพัดหรือปัญหาอากาศพลศาสตร์

วิธีการตีความพล็อตเซปสตรัม

1. คำนวณระยะเวลาการหมุน: ก่อนที่จะดูที่เซปสตรัม ให้คำนวณช่วงเวลาของส่วนประกอบหมุนหลัก (เช่น สำหรับเพลาที่ 1,800 รอบต่อนาทีหรือ 30 เฮิรตซ์ ช่วงเวลาคือ 1/30 = 0.033 วินาที)
2. มองหาจุดสูงสุดในช่วงเวลาที่ทราบ: ตรวจสอบเซปสตรัมเพื่อหาจุดสูงสุดที่สำคัญ (ราห์มอนิกส์) ที่สอดคล้องกับช่วงเวลาที่คำนวณเหล่านี้
3. ระบุฮาร์มอนิกส์: มองหาจุดสูงสุดที่ผลคูณของจำนวนเต็มของค่าเคฟเรนซีพื้นฐาน ซึ่งบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของตระกูลฮาร์มอนิกที่แข็งแกร่งในสเปกตรัมดั้งเดิม
4. แอมพลิจูดของแนวโน้ม: ติดตามแอมพลิจูดของจุดสูงสุดของเซปสตรัมเมื่อเวลาผ่านไป แอมพลิจูดที่เพิ่มขึ้นบ่งชี้ว่าอาการแย่ลง

การวิเคราะห์เซปสตรัมเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพซึ่งต้องอาศัยประสบการณ์จึงจะใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่สำหรับเครื่องจักรที่ซับซ้อน เช่น กล่องเกียร์ ก็สามารถให้ความชัดเจนในการวินิจฉัยที่ไม่สามารถเทียบได้กับการวิเคราะห์สเปกตรัมเพียงอย่างเดียว

← กลับสู่ดัชนีหลัก