Кепстральний аналіз у вібраційній діагностиці

Визначення: Що таке кепструм?

Аналіз кепструму – це вдосконалений метод обробки сигналів, який надає інформацію про періодичні структури в частотному спектрі. Назва «кепстр» є анаграмою слова «спектр», що натякає на його природу: це фактично «спектр спектра». Він розраховується шляхом логарифмування частотного спектру та подальшого виконання оберненого перетворення Фур'є над результатом. Цей процес висвітлює періодичні закономірності в спектрі, такі як сімейства гармонік або бічні смуги, які може бути важко розрізнити, дивлячись безпосередньо на спектр.

На кепстровому графіку вісь x називається чергова черга (анаграма частоти) та має одиниці часу. Піки на цій осі, які називаються рахмоніка, вказують період (у секундах) повторюваних візерунків у вихідному спектрі.

Навіщо використовувати кепструм-аналіз?

Хоча стандартний спектр FFT чудово підходить для ідентифікації окремих частотних складових, він може стати захаращеним та важким для інтерпретації, коли несправність машини генерує велику кількість гармонік та бічних смуг. Кепстральний аналіз спрощує це, об'єднуючи всю родину повторюваних частот в один чіткий пік. Його основні способи використання:

• Виявлення гармонійних сімейств: Він може легко ідентифікувати основну частоту та її гармоніки, навіть якщо сама основна частота слабка або відсутня в спектрі.
• Визначення сімейств бічних смуг: Він чудово справляється з пошуком бічних смуг, які часто мають низьку амплітуду та зашумлені. Cepstrum може чітко показати наявність бічних смуг та виміряти їхню відстань.
• Розділення ефектів джерела та шляху: У деяких випадках це може допомогти відокремити сигнал джерела вібрації від структурної реакції машини.
• Виявлення луни: Він може ідентифікувати відлуння або відбиття в сигналі.

Ключові застосування в діагностиці машин

1. Діагностика коробки передач

Це найпоширеніше та найпотужніше застосування кепстрального аналізу. Пошкоджений зуб шестерні модулюватиме частоту зачеплення шестерні (ЧЗШ), створюючи бічні смуги навколо піку ЧЗШ, розташованих на швидкості обертання цієї шестерні. У складній коробці передач з кількома валами та шестернями спектр може бути заплутаною сумішшю різних ЧЗШ та бічних смуг. Кепстр пронизує цю складність:

• Пік кепстра на частоті, що відповідає періоду обертання шестерні (1 / об/хв), є чітким показником несправності саме цієї шестерні.
• Амплітуду піку кепстра можна відстежувати за трендом, щоб контролювати прогрес зносу шестерні.

2. Аналіз підшипників кочення

Подібно до коробок передач, дефекти підшипників також генерують бічні смуги. Наприклад, дефект внутрішнього кільця створюватиме бічні смуги, розташовані на відстані швидкості вала від частоти дефекту внутрішнього кільця (BPFI) та його гармонік. Кепстр може допомогти підтвердити наявність цих закономірностей, особливо коли вони не очевидні в спектрі.

3. Аналіз турбомашин

У турбінах і компресорах кепстр може бути використаний для ідентифікації гармонік частоти проходження лопатей та діагностики проблем, пов'язаних з пошкодженням лопатей або аеродинамічними проблемами.

Як інтерпретувати сюжет кепструму

1. Обчисліть періоди обертання: Перш ніж розглядати кепстр, обчисліть періоди обертання основних компонентів (наприклад, для вала зі швидкістю 1800 об/хв або 30 Гц період становить 1/30 = 0,033 секунди).
2. Шукайте піки у відомі періоди: Перевірте кепстр на наявність значних піків (рахмонік), які збігаються з цими розрахованими періодами часу.
3. Визначте гармоніки: Шукайте піки на цілочисельних кратних фундаментальної частоти. Вони вказують на наявність сильних гармонічних сімейств у вихідному спектрі.
4. Амплітуди тренду: Слідкуйте за амплітудою піків кепстра з часом. Збільшення амплітуди вказує на погіршення стану.

Кепстральний аналіз — це потужний інструмент, для ефективного використання якого потрібен досвід, але для складних машин, таких як коробки передач, він може забезпечити діагностичну ясність, яку не можна порівняти лише з спектральним аналізом.

← Назад до головного індексу