Розуміння спектральної щільності потужності
Визначення: Що таке спектральна щільність потужності?
Спектральна щільність потужності (PSD) є представленням вібрація розподіл енергії за частотою, виражений як енергія на одиницю смуги пропускання частоти (одиниці: (м/с²)²/Гц для прискорення, (мм/с)²/Гц для швидкості). На відміну від стандартного амплітудний спектр яка показує амплітуду на кожній частоті, PSD показує, як потужність вібрації розподіляється по частоті, зі значеннями, нормалізованими смугою пропускання частотної роздільної здатності. Ця нормалізація робить PSD незалежною від смуги пропускання аналізу, що дозволяє змістовне порівняння спектрів, виміряних з різними налаштуваннями роздільної здатності.
PSD особливо важливий для аналізу випадкових вібрацій (де енергія розподіляється безперервно по частоті, а не концентрується на дискретних піках), для аналізу шуму та для застосувань, що вимагають незалежної від смуги пропускання спектральної характеристики, таких як вібраційні випробування та кваліфікація впливу навколишнього середовища.
PSD проти амплітудного спектру
Амплітудний спектр
- Показує вібрацію амплітуда на кожній частоті
- Одиниці вимірювання: мм/с, м/с², міли тощо.
- Пікові амплітуди на дискретних частотах (дисбаланс, несправності підшипників)
- Значення залежать від смуги пропускання роздільної здатності FFT
- Стандартний дисплей для діагностики машин
Спектральна щільність потужності
- Показує потужність вібрації на Гц смуги пропускання
- Одиниці вимірювання: (мм/с)²/Гц, (м/с²)²/Гц тощо.
- Розподіл енергії за частотою
- Незалежно від смуги пропускання аналізу
- Стандарт для аналізу випадкових вібрацій
Стосунки
- PSD = (Амплітуда)² / Δf
- Де Δf = роздільна здатність за частотою (ширина інтервалу)
- Квадратура підкреслює великі амплітуди
- Нормалізація робить незалежним від пропускної здатності
Застосування
1. Аналіз випадкових коливань
Основне застосування PSD:
- Випадкові процеси: Турбулентність, вібрація дороги, сейсмічність, акустика
- Безперервні спектри: Енергія розподілена по частоті, а не дискретні піки
- Статистичний опис: PSD описує випадковий розподіл енергії процесу
- Стандартний формат: Специфікації вібраційних випробувань у PSD
2. Характеристика широкосмугового шуму
- Кавітація шум у насосах
- Турбулентний шум потоку у вентиляторах
- Аеродинамічний шум
- Характеристика шуму дефектів підшипника
3. Порівняння, незалежне від пропускної здатності
- Порівняйте спектри, виміряні з різними налаштуваннями швидкого перетворення Фур'є (FFT)
- Дані з різних приладів або роздільних здатностей
- Історичні дані з різними параметрами аналізу
- Значення PSD, що можна безпосередньо порівняти, незалежно від пропускної здатності
4. Екологічні випробування
- Специфікації вібраційних випробувань наведені як PSD в залежності від частоти
- Керування вібраційним столом на основі PSD
- Кваліфікаційне тестування продукції
- Стандарти ударів та вібрації
Розрахунок PSD
З швидкого перетворення Фур'є
- Обчисліть швидке перетворення Фур'є сигналу вібрації
- Зведіть кожне значення амплітуди до квадрата
- Поділіть на роздільну здатність по частоті (Δf = Fmax / Кількість ліній)
- Результат: PSD в (одиницях)²/Гц
Одиниці
- PSD прискорення: (м/с²)²/Гц або г²/Гц
- Швидкість PSD: (мм/с)²/Гц або (дюйми/с)²/Гц
- Зміщення PSD: (мкм)²/Гц або (міл)²/Гц
- Часто зображується на сюжеті: Логарифмічна шкала (дБ відносно опорного значення)
Інтерпретація графіків PSD
Плоский спектр (білий шум)
- Постійна PSD на частоті
- Однакова енергія на Гц на всіх частотах
- Характеристика широкосмугової випадкової вібрації
- Приклад: Ідеальна випадкова вібрація для тестування
Похилий спектр (кольоровий шум)
- PSD змінюється залежно від частоти
- Зростаючий нахил: більше енергії на високих частотах
- Падаючий нахил: більше енергії на низьких частотах (поширене явище в машинах)
- Нахил вказує на розподіл енергії за частотою
Піки в PSD
- Дискретні частотні складові проявляються як піки вище загального рівня
- Резонанси проявляються у вигляді підвищених областей PSD
- Може визначити домінуючі частоти, що впливають на енергію
Зв'язок між RMS та повною енергією
Загальна енергія від PSD
- Інтеграція PSD у всьому діапазоні частот
- Результат: Середньоквадратичне значення
- Квадратний корінь дає середньоквадратичне значення
- RMS = √[∫ PSD(f) df]
Енергія в частотних діапазонах
- Інтегруйте PSD у певному діапазоні частот
- Дає енергію в цьому діапазоні
- Корисно для оцінки внеску різних діапазонів частот
Переваги PSD
Незалежність від резолюції
- Значення PSD можна порівняти незалежно від роздільної здатності FFT
- Дозволяє порівнювати історичні дані з різними налаштуваннями
- Стандартизує аналіз на різних інструментах
Енергетичне представлення
- Безпосередньо відображає розподіл енергії вібрації
- Квадратичні значення підкреслюють домінантні частоти
- Природний для аналізу на основі енергії
Статистична база
- PSD є основою теорії випадкових коливань
- Дозволяє проводити ймовірнісний аналіз
- Підтримує прогнозування втомної довговічності від випадкового навантаження
Коли використовувати PSD
Використовуйте PSD, коли:
- Аналіз випадкової вібрації або шуму
- Порівняння даних з різною пропускною здатністю аналізу
- Дотримання тестових специфікацій у форматі PSD
- Характеристика процесів широкосмугового зв'язку
- Необхідний аналіз на основі енергії
Використовуйте амплітудний спектр, коли:
- Рутинна діагностика машин
- Визначення частот дискретних несправностей
- Трендові певні компоненти
- Значення амплітуди, що мають безпосереднє значення
Спектральна щільність потужності (PSD) є фундаментальною концепцією в аналізі випадкових вібрацій і забезпечує спектральну характеристику, незалежну від смуги пропускання. Хоча PSD використовується рідше, ніж амплітудні спектри для рутинної діагностики машин, вона є важливою для застосувань з випадковими вібраціями, аналізу шуму та будь-яких ситуацій, що потребують порівняння спектрів, виміряних з різними параметрами аналізу або за допомогою різних приладів.
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 