ทำความเข้าใจเกี่ยวกับครอสสเปกตรัม
คำจำกัดความ: Cross-Spectrum คืออะไร?
ครอสสเปกตรัม (เรียกอีกอย่างว่าสเปกตรัมกำลังข้ามหรือความหนาแน่นสเปกตรัมข้าม) คือการแสดงโดเมนความถี่ของความสัมพันธ์ระหว่างสองค่าที่วัดพร้อมกัน การสั่นสะเทือน สัญญาณ คำนวณโดยการคูณ เอฟเอฟที ของสัญญาณหนึ่งโดยคอนจูเกตเชิงซ้อนของ FFT ของสัญญาณอื่น ซึ่งแตกต่างจาก สเปกตรัมอัตโนมัติ ซึ่งแสดงเนื้อหาความถี่ของสัญญาณเดียว สเปกตรัมข้ามเผยให้เห็นความถี่ที่เหมือนกันทั้งสัญญาณและ เฟส ความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณในแต่ละความถี่.
สเปกตรัมข้ามเป็นพื้นฐานสำหรับการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนหลายช่องสัญญาณขั้นสูง รวมถึงการประมาณฟังก์ชันการถ่ายโอน, ความสอดคล้องกัน การวิเคราะห์ และการวัด Operating Deflection Shape (ODS) ช่วยให้เข้าใจการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนผ่านโครงสร้าง และระบุความสัมพันธ์ระหว่างสาเหตุและผลระหว่างตำแหน่งการวัด.
นิยามทางคณิตศาสตร์
การคำนวณ
- Gxy(f) = X(f) × Y*(f)
- โดยที่ X(f) = FFT ของสัญญาณ x(t)
- Y*(f) = คอนจูเกตเชิงซ้อนของ FFT ของสัญญาณ y(t)
- ผลลัพธ์เป็นค่าเชิงซ้อน (มีทั้งขนาดและเฟส)
ส่วนประกอบ
- ขนาด: |Gxy(f)| แสดงความแรงของเนื้อหาความถี่ทั่วไป
- Phase: ∠Gxy(f) แสดงความแตกต่างของเฟสระหว่างสัญญาณที่ความถี่แต่ละความถี่
- ส่วนที่แท้จริง: ส่วนประกอบในเฟส (โคสเปกตรัม)
- ส่วนจินตภาพ: ส่วนประกอบกำลังสอง (เฟสต่าง 90°)
คุณสมบัติ
ค่าเชิงซ้อน
- ต่างจากสเปกตรัมอัตโนมัติ (จริงเท่านั้น) สเปกตรัมข้ามมีความซับซ้อน
- ประกอบด้วยข้อมูลทั้งขนาดและเฟส
- ระยะสำคัญในการทำความเข้าใจความสัมพันธ์ของสัญญาณ
ไม่สมมาตร
- Gxy(f) ≠ Gyx(f) โดยทั่วไป
- ลำดับมีความสำคัญ (สัญญาณใดเป็นข้อมูลอ้างอิง)
- Gyx(f) = คอนจูเกตเชิงซ้อนของ Gxy(f)
ค่าเฉลี่ยที่จำเป็น
- สัญญาณครอสสเปกตรัมเดี่ยวมีสัญญาณรบกวนและไม่น่าเชื่อถือ
- ค่าเฉลี่ยสเปกตรัมหลายตัวสำหรับการประมาณค่าที่เสถียร
- ส่วนประกอบของสัญญาณรบกวนมีค่าเฉลี่ยใกล้ศูนย์ (ไม่สัมพันธ์กัน)
- ส่วนประกอบที่สัมพันธ์กันช่วยเสริมแรง
แอปพลิเคชั่น
1. การคำนวณฟังก์ชันถ่ายโอน
แอปพลิเคชั่นที่สำคัญที่สุด:
- H(f) = Gxy(f) / Gxx(f)
- โดยที่ x = อินพุต, y = เอาต์พุต
- แสดงให้เห็นว่าระบบตอบสนองต่อการกระตุ้นอย่างไร
- ขนาดแสดงการขยาย/ลดทอน
- เฟสแสดงการหน่วงเวลาหรือพฤติกรรมการสั่นพ้อง
- ใช้ใน การวิเคราะห์โหมด, พลวัตเชิงโครงสร้าง
2. การคำนวณความสอดคล้อง
- ความสอดคล้อง = |Gxy|² / (Gxx × Gyy)
- วัดความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณในแต่ละความถี่
- ค่า 0-1: 1 = มีความสัมพันธ์สมบูรณ์แบบ, 0 = ไม่มีความสัมพันธ์
- ตรวจสอบคุณภาพการวัดและระบุสัญญาณรบกวน
3. การกำหนดความสัมพันธ์ของเฟส
- เฟสจากสเปกตรัมข้ามแสดงการหน่วงเวลาหรือการสั่นพ้อง
- เฟส 0°: สัญญาณอยู่ในเฟส (เคลื่อนที่ไปด้วยกัน)
- เฟส 180°: สัญญาณอยู่นอกเฟส (เคลื่อนที่ตรงข้าม)
- เฟส 90°: ควอดราเจอร์ (เรโซแนนซ์หรือหน่วงเวลา)
- การวินิจฉัยสำหรับรูปแบบโหมด การส่งผ่านการสั่นสะเทือน
4. การปฏิเสธโหมดทั่วไป
- สเปกตรัมข้ามระบุส่วนประกอบความถี่ที่ใช้ร่วมกันในทั้งสองช่อง
- การตัดเสียงรบกวนที่ไม่สัมพันธ์กันในค่าเฉลี่ย
- เผยองค์ประกอบสัญญาณที่แท้จริง
- ปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน
การวัดเชิงปฏิบัติ
สถานการณ์การวัดโดยทั่วไป
การเปรียบเทียบตลับลูกปืน
- สัญญาณ X: การสั่นสะเทือนที่แบริ่ง 1
- สัญญาณ Y: การสั่นสะเทือนที่แบริ่ง 2
- สเปกตรัมข้ามแสดงความถี่ที่ส่งผลต่อแบริ่งทั้งสอง
- ระบุปัญหาที่เกี่ยวข้องกับโรเตอร์เทียบกับปัญหาตลับลูกปืนแต่ละตัว
การวิเคราะห์อินพุต-เอาต์พุต
- สัญญาณ X: แรงหรือการสั่นสะเทือนที่อินพุต (คัปปลิ้ง แบริ่งไดรเวอร์)
- สัญญาณ Y: การตอบสนองที่เอาต์พุต (ตลับลูกปืนอุปกรณ์ขับเคลื่อน)
- สเปกตรัมข้ามเผยให้เห็นลักษณะการส่งผ่าน
- ฟังก์ชันถ่ายโอนแสดงวิธีการส่งการสั่นสะเทือน
ระบบส่งกำลังแบบโครงสร้าง
- สัญญาณ X: การสั่นสะเทือนของตัวเรือนลูกปืน
- สัญญาณ Y: การสั่นของฐานหรือกรอบ
- สเปกตรัมข้ามแสดงความถี่ที่ส่งไปยังโครงสร้าง
- แนวทางการแยกหรือความพยายามทำให้แข็งขึ้น
การตีความ
ความเข้มสูงที่ความถี่
- บ่งชี้ถึงความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างสัญญาณที่ความถี่นั้น
- แหล่งที่มาทั่วไปหรือการเชื่อมโยงที่แข็งแกร่ง
- ส่วนประกอบที่มีอยู่ในสัญญาณทั้งสอง
ขนาดต่ำที่ความถี่
- ความสัมพันธ์น้อย (ไม่มีความสัมพันธ์กันหรือมีการเชื่อมโยงที่อ่อนแอ)
- ส่วนประกอบอาจมีอยู่ในสัญญาณหนึ่งแต่ไม่มีในสัญญาณอื่น
- หรือส่วนประกอบที่ไม่สัมพันธ์กัน (สัญญาณรบกวน แหล่งที่มาต่างกัน)
ข้อมูลเฟส
- 0°: สัญญาณเคลื่อนที่ไปด้วยกัน (การเชื่อมต่อแบบแข็งหรือต่ำกว่าระดับเรโซแนนซ์)
- 180°: สัญญาณเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม (เหนือการสั่นพ้องหรือสมมาตร)
- 90°: การหาค่ากำลังสอง (ที่ความถี่เรโซแนนซ์หรือรูปทรงเรขาคณิตเฉพาะ)
- ขึ้นอยู่กับความถี่: การเปลี่ยนแปลงเฟสเผยให้เห็นพฤติกรรมแบบไดนามิก
แอปพลิเคชันขั้นสูง
การวิเคราะห์อินพุต/เอาต์พุตหลายรายการ
- สัญญาณอ้างอิงหลายตัว สัญญาณตอบสนองหลายตัว
- เมทริกซ์ของสเปกตรัมขวาง
- ระบุเส้นทางการส่งข้อมูลหลายเส้นทาง
- การจำแนกลักษณะระบบที่ซับซ้อน
รูปทรงการเบี่ยงเบนการทำงาน
- สเปกตรัมข้ามระหว่างจุดวัดหลายจุด
- ความสัมพันธ์ของเฟสกำหนดรูปแบบการเบี่ยงเบน
- แสดงภาพการเคลื่อนไหวของโครงสร้าง
- ระบุโหมดเรโซแนนซ์
การวิเคราะห์แบบครอสสเปกตรัมขยายขอบเขตการวิเคราะห์ความถี่จากช่องสัญญาณเดียวเป็นหลายช่องสัญญาณ เผยให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณต่างๆ ที่ช่วยให้สามารถคำนวณฟังก์ชันการถ่ายโอน การตรวจสอบความสอดคล้อง และความเข้าใจเส้นทางการส่งผ่านการสั่นสะเทือน แม้ว่าจะซับซ้อนกว่าแบบออโตสเปกตรัม แต่ครอสสเปกตรัมก็เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนขั้นสูง ซึ่งรวมถึงการทดสอบโมดัล พลศาสตร์เชิงโครงสร้าง และการวินิจฉัยเครื่องจักรที่ซับซ้อนซึ่งต้องใช้การวัดแบบหลายจุด.