Розуміння автоспектру
Визначення: Що таке автоспектр?
Автоспектр (також називається автоспектром, спектром потужності або просто спектром) — це представлення одного сигналу в частотній області вібрація сигнал, що показує розподіл енергії вібрації або амплітуда як функція частоти. Вона обчислюється шляхом врахування Швидке перетворення Фур'є (ШПФ) сигналу та відображення величини кожної частотної складової. Термін “автоспектр” відрізняє його від перехресного спектру (який пов’язує два різні сигнали), підкреслюючи, що це спектр сигналу сам із собою.
На практиці, автоспектр — це те, що більшість людей просто називають “спектром” або “спектром FFT” — це стандартний дисплей частотного аналізу в вібраційних аналізаторах, що показує піки на дисбаланс, частоти несправностей підшипників, зубчасте зачеплення та інші діагностичні компоненти. Розуміння того, що технічно це автоспектр, стає важливим під час роботи з багатоканальним аналізом, де вступають у гру перехресні спектри та інші функції кореляції.
Математичний фонд
Методи обчислення
Пряме швидке перетворення Фур'є
- Обчисліть FFT сигналу часу
- Обчисліть величину кожного комплексного компонента ШПФ
- Відображення величини та частоти
- Найпоширеніший і найпростіший
Через автокореляцію
- Обчисліть автокореляційну функцію сигналу
- Виконайте швидке перетворення Фур'є автокореляції
- Результат – автоспектр (теорема Вінера-Хінчина)
- Математично еквівалентний, але обчислювально відмінний маршрут
Усереднення
- Кілька автоспектрів, обчислених з послідовних часових записів
- Усереднюються разом для зменшення шуму та підвищення статистичної надійності
- Типово: 4-16 середніх значень для діагностики машин
- Більше середніх значень для випадкової вібрації (50-100+)
Властивості та характеристики
Реально оцінений
- Автоспектр завжди дійсний (без уявної частини)
- Представляє лише величину, ні фаза інформація
- Розрахунок втрати фази в амплітуді
- Достатньо для більшості одноточкових діагностик
Завжди позитивний
- Значення завжди ≥ 0 (квадрат величини або величина)
- Не може мати від'ємних спектральних значень
- Символізує енергію або силу (за своєю суттю позитивний)
Симетричний (для реальних сигналів)
- Автоспектр реального сигналу, симетричний навколо частоти Найквіста
- Негативні частоти відображають позитивні частоти
- Відображаються лише позитивні частоти (містять всю інформацію)
Автоспектр в діагностиці машин
Стандартний діагностичний дисплей
- Те, що техніки називають “спектром” або “ШПФ”
- Показує всі компоненти частоти вібрації
- Піки визначені та зіставлені з типами розломів
- Основний інструмент для діагностики несправностей
Типові характеристики
- 1× Пік: Дисбаланс або інші джерела 1×
- 2× Пік: Неправильне вирівнювання або розхитаність
- Частоти пеленгу: BPFO, BPFI, BSF, FTF
- Сітка шестерень: Частота зачеплення зубів
- Електрика: 2× частота лінії (120/100 Гц)
- Шумовий рівень: Рівень фону від випадкової вібрації та шуму
Автоспектр проти крос-спектру
Автоматичний спектр (один канал)
- Спектр одного сигналу
- Показує частотний вміст
- Немає інформації про фазу
- Достатньо для більшості діагностичних робіт
- Стандартне одноканальний FFT
Крос-спектр (двоканальний)
- Зв'язок між двома сигналами
- Показує загальний частотний вміст
- Включає фазовий зв'язок
- Використовується в аналізі передавальних функцій, когерентності
- Потрібні два синхронізовані канали
Усереднення автоспектрів
Лінійне усереднення
- Середнє арифметичне кількох автоспектрів
- Зменшує випадкові коливання шуму
- Покращує оцінку справжнього спектру
- Стандарт для аналізу машин
Експоненціальне усереднення
- Середньозважене значення надає більшої ваги нещодавнім спектрам
- Корисно для відстеження змін умов
- Програми моніторингу в режимі реального часу
Утримання піку (максимальний спектр)
- Кожен частотний інтервал містить максимальне значення
- Захоплює перехідні компоненти
- Корисно для аналізу запуску/вимкнення
Формати відображення
Лінійний масштаб
- Лінійна вісь Y (мм/с, м/с² тощо)
- Легко читаються абсолютні значення
- Маленькі піки можуть бути невидимими, якщо присутні великі піки
- Звичайні для рутинного аналізу
Логарифмічна шкала (дБ)
- Вісь Y у децибелах (20 log (амплітуда/опорне значення))
- Видимий широкий динамічний діапазон
- Видно як малі, так і великі вершини
- Спільне для досліджень та детального аналізу
Вісь частот
- Лінійний: Рівний інтервал Гц, стандарт для машин
- Логарифмічний: Рівномірний інтервал октав, корисний для широких частотних діапазонів
Показники якості
Спектральна якість
- Чистий спектр: Чіткі піки, низький рівень шуму
- Шумний спектр: Високий фон, нечіткі піки
- Усереднення: Покращує якість, зменшуючи шум
- Розв'язка: Достатньо для розділення близьких піків
Індикатори перевантаження
- Перевірте наявність перевантаження сигналу під час збору даних
- Перевантаження створює хибні спектральні компоненти
- Відрегулюйте вхідне посилення у разі перевантаження
Автоспектр – це фундаментальний інструмент частотного аналізу у вібраційній діагностиці, що представляє собою одноканальне швидке перетворення Фур'є, яке техніки щодня використовують для виявлення несправностей та оцінки стану. Розуміння того, що “спектр” технічно є автоспектром, і як він пов'язаний з перехресними спектрами та іншими методами спектрального аналізу, забезпечує основу для передового багатоканального аналізу та комплексної діагностики машин.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 