ШПФ (швидке перетворення Фур'є) в аналізі вібрацій

Визначення: Що таке ШПФ?

У "The Швидке перетворення Фур'є (ШПФ) – це високоефективний математичний алгоритм, який використовується для перетворення сигналу з часової області в частотну область. У вібраційному аналізі це означає перетворення необробленого, складного часова хвиля (графік залежності амплітуди коливань від часу) у частотний спектр (графік залежності амплітуди коливань від частоти). Це перетворення є найважливішим і фундаментальним процесом у діагностиці сучасних машин.

Чому FFT є важливим для діагностики?

Необроблена форма хвилі працюючої машини — це складна суміш багатьох різних коливань, що відбуваються одночасно. Практично неможливо подивитися на цей сигнал і визначити стан машини. Швидке перетворення Фур'є діє як призма, розділяючи цей складний сигнал на окремі частотні складові. Результатом є чітка, практична діаграма, яка дозволяє аналітику побачити:

• Які частоти присутні?
• Яка енергія (амплітуда) міститься на кожній частоті?
• Який зв'язок між цими частотами?

Оскільки різні механічні та електричні несправності (такі як дисбаланс, перекіс, дефекти підшипників та ослаблення кріплення) генерують вібрацію на дуже специфічних, передбачуваних частотах, спектр FFT забезпечує пряму довідку про першопричину проблеми.

Ключові параметри FFT-аналізу

Щоб отримати корисний спектр FFT, аналітик вібрації повинен визначити кілька ключових параметрів на колекторі даних або в програмному забезпеченні:

1. Fmax (Максимальна частота)

Це найвища частота, яка буде включена до спектру. Її потрібно встановити достатньо високо, щоб зафіксувати найвищочастотний дефект, який ви шукаєте (наприклад, високочастотне зачеплення шестерень або тони підшипника).

2. Розв'язання (Шляхи розв'язання)

Це визначає рівень деталізації спектру. Він визначається як кількість дискретних частотних «бункерів» або точок даних, які будуть обчислюватися по Fmax. Більша кількість ліній (наприклад, 3200 або 6400) призводить до кращої роздільної здатності за частотою, тобто можливості розділити дві частоти коливань, які знаходяться дуже близько одна до одної. Висока роздільна здатність є критично важливою для діагностики частот биття або аналізу бічних смуг при аналізі коробки передач.

3. Усереднення

Оскільки вібрація машини може коливатися, один «моментальний» FFT може вводити в оману. Усереднення передбачає отримання кількох FFT у швидкій послідовності, а потім їхнє спільне усереднення. Цей процес зменшує випадковий шум і забезпечує набагато стабільніший, повторюваний і репрезентативний спектр справжнього стану машини.

4. Вікноподібне оформлення

Віконна функція (подібна до Ханнінга) – це математичне зважування, що застосовується до даних часової форми хвилі перед обчисленням швидкого перетворення Фур'є. Це метод обробки сигналів, який використовується для мінімізації помилки, що називається «спектральним витоком», гарантуючи, що амплітуда та частота сигналів у спектрі є максимально точними.

Інтерпретація спектру швидкого перетворення Фур'є

Кваліфікований аналітик інтерпретує спектр ШПФ, шукаючи характерні закономірності:

• Великий пік у 1x швидкість бігу вказує дисбаланс.
• Великий пік у У 2 рази швидше бігати часто вказує на невідповідність.
• Серія гармоніки (піки на 1x, 2x, 3x, 4x тощо) є класичною ознакою механічної розхитаності.
• Високочастотний пік з бічні смуги інтервали на робочій швидкості є явним сигналом несправності коробки передач або підшипника.
• Підвищений «рівень» широкосмугового шуму може свідчити про кавітацію в насосі або тертя.

Порівнюючи поточний спектр ШПФ з базовим рівнем, взятим за справного стану машини, аналітики можуть легко виявити зміни та діагностувати проблеми, що розвиваються, задовго до того, як вони перетворяться на критичні збої.

← Назад до головного індексу