Titreşim Analizinde Aliasing'i Anlamak

Tanım: Aliasing Nedir?

Takma ad Titreşim verilerinin dijital analizi sırasında ortaya çıkabilen kritik bir sinyal işleme hatasıdır. Bir sinyal, en yüksek frekanslı bileşenlerini doğru bir şekilde yakalamak için çok düşük bir hızda örneklendiğinde meydana gelir. Sonuç olarak, bu yüksek frekanslar, ortaya çıkan FFT spektrumunda daha düşük frekansları "katlar" veya "taklit eder" ve bu da cihazın durumunun ciddi şekilde yanlış teşhis edilmesine yol açabilecek yanlış frekans tepe noktaları oluşturur.

Nyquist Teoremi ve Örnekleme Oranı

Takma adı anlamak için öncelikle şunu anlamak gerekir: Nyquist Teoremi (Nyquist-Shannon örnekleme teoremi olarak da bilinir). Dijital sinyal işlemenin bu temel ilkesi şunu ifade eder:

Analog bir sinyali sayısal biçimde doğru bir şekilde temsil edebilmek için örnekleme frekansının (Fs), sinyalde bulunan en yüksek frekans bileşeninin (Fmax) en az iki katı olması gerekir.

Bu minimum örnekleme hızına (2 * Fmax) denir Nyquist oranıTitreşim analizinde, doğru bir şekilde ölçülebilen en yüksek frekans, örnekleme hızının yarısıdır (Fmax = Fs / 2). Bu Fmax, genellikle Nyquist frekansı olarak adlandırılır.

Aliasing Nasıl Oluşur?

Dijital bir analizör tarafından ölçülen yüksek frekanslı bir titreşim sinyalini düşünün. Analizör, sabit bir hızda (örnekleme frekansı) sinyalin ayrık örneklerini (anlık görüntülerini) alır.

• Örnekleme oranı yeterince yüksekse (Nyquist oranının çok üzerindeyse), analizör dalga formunu doğru bir şekilde yeniden oluşturmak için yeterli sayıda noktayı yakalar.
• Ancak örnekleme hızı çok düşükse, analizör örnekler arasında neler olduğunu "gözden kaçırır". Yakaladığı birkaç nokta, tamamen farklı, daha düşük frekanslı bir sinüs dalgası oluşturmak üzere birleştirilebilir. Bu yeni, sahte düşük frekans, "takma ad"dır.

Örneğin, bir sinyal 900 Hz'lik bir bileşen içeriyorsa ancak analizörün Fmax değeri 500 Hz'e (yani 1000 Hz'lik bir örnekleme hızına) ayarlanmışsa, 900 Hz'lik bileşen doğru şekilde ölçülemez. "Takma ad" alır ve daha düşük bir frekansta (özellikle Fs – 900 Hz = 1000 – 900 = 100 Hz'de) bir tepe noktası olarak görünür ve bu da muhtemelen 1X çalışma hızı titreşimiyle karıştırılabilir.

Takma Adlandırmayı Önleme: Kenar Yumuşatma Filtresi

Bir sinyalde bulunabilecek tüm yüksek frekanslı içeriği (örneğin, ultrasonik gürültü, darbeler veya radyo frekansı paraziti) önceden bilmek imkansızdır. Bu nedenle, örnekleme hızını yeterince yüksek ayarlamak pratik bir çözüm değildir.

Tüm modern dijital titreşim analizörlerinde kullanılan çözüm şudur: kenar yumuşatma filtresiBu, analog-dijital dönüştürücünün (ADC) *öncesine* sinyal yoluna yerleştirilen dik bir alçak geçiren filtredir. Çalışma şekli şöyledir:

1. Kullanıcı, analizleri için istediği maksimum frekansı (Fmax) ayarlar.
2. Analizör bu Fmax değerine dayanarak anti-aliasing filtresinin kesme frekansını otomatik olarak Fmax değerinin biraz üstüne ayarlar.
3. Sensörden gelen analog sinyal, kesme noktasının üstündeki tüm frekansları ortadan kaldıran veya büyük ölçüde zayıflatan bu filtreden geçer.
4. Sadece filtrelenmiş, "temiz" sinyal örnekleme için ADC'ye gönderilir.

Seçilen örnekleme hızının karşılayamayacağı yüksek frekansları ortadan kaldırarak, kenar yumuşatma filtresi, kenar yumuşatmanın oluşmasını fiziksel olarak imkansız hale getirir. Bir dijital sinyal analizörünün en kritik bileşenlerinden biri olan bu filtre, elde edilen FFT spektrumunun, seçilen frekans aralığındaki makinenin titreşiminin gerçek ve doğru bir temsili olmasını sağlar.

← Ana Dizin'e Geri Dön