Phân tích Cepstrum trong chẩn đoán rung động

Định nghĩa: Cepstrum là gì?

Phân tích Cepstrum là một kỹ thuật xử lý tín hiệu tiên tiến, cung cấp thông tin về các cấu trúc tuần hoàn trong một phổ tần số. Tên gọi "cepstrum" là một phép đảo chữ của "spectrum", ám chỉ bản chất của nó: về cơ bản, nó là "phổ của một phổ". Nó được tính bằng cách lấy logarit của một phổ tần số rồi thực hiện phép biến đổi Fourier ngược trên kết quả. Quá trình này làm nổi bật các mẫu tuần hoàn trong phổ, chẳng hạn như các họ sóng hài hoặc dải biên, vốn có thể khó phân biệt bằng cách nhìn trực tiếp vào phổ.

Trong biểu đồ cepstrum, trục x được gọi là sự kỳ lạ (một từ đảo chữ của tần số) và có đơn vị thời gian. Các đỉnh trên trục này được gọi là rahmonics, biểu thị chu kỳ (tính bằng giây) của các mẫu lặp lại trong quang phổ ban đầu.

Tại sao nên sử dụng phân tích Cepstrum?

Mặc dù phổ FFT chuẩn rất hữu ích trong việc xác định các thành phần tần số riêng lẻ, nhưng nó có thể trở nên lộn xộn và khó diễn giải khi lỗi máy móc tạo ra một lượng lớn sóng hài và dải biên. Phân tích Cepstrum đơn giản hóa việc này bằng cách hợp nhất toàn bộ họ tần số lặp lại thành một đỉnh duy nhất, rõ ràng. Ứng dụng chính của nó là:

• Phát hiện các họ hài hòa: Nó có thể dễ dàng xác định tần số cơ bản và sóng hài của nó, ngay cả khi tần số cơ bản đó yếu hoặc không có trong quang phổ.
• Xác định các họ dải tần bên: Nó rất hiệu quả trong việc tìm kiếm các dải biên, thường có biên độ thấp và bị nhiễu che khuất. Cepstrum có thể hiển thị rõ ràng sự hiện diện của các dải biên và đo khoảng cách của chúng.
• Phân tách hiệu ứng nguồn và hiệu ứng đường dẫn: Trong một số ứng dụng, nó có thể giúp tách tín hiệu nguồn rung khỏi phản ứng cấu trúc của máy.
• Phát hiện tiếng vang: Nó có thể xác định tiếng vang hoặc phản xạ trong tín hiệu.

Ứng dụng chính trong chẩn đoán máy móc

1. Chẩn đoán hộp số

Đây là ứng dụng phổ biến và mạnh mẽ nhất của phân tích Cepstrum. Một răng bánh răng bị hỏng sẽ điều chỉnh tần số lưới bánh răng (GMF), tạo ra các dải biên xung quanh đỉnh GMF, cách nhau ở tốc độ quay của bánh răng đó. Trong một hộp số phức tạp với nhiều trục và bánh răng, phổ có thể là một hỗn hợp khó hiểu của các GMF và dải biên khác nhau. Cepstrum đã loại bỏ sự phức tạp này:

• Đỉnh ở cepstrum tại quefrency tương ứng với chu kỳ quay của bánh răng (1 / RPM) là dấu hiệu rõ ràng về lỗi trên bánh răng cụ thể đó.
• Biên độ của đỉnh cepstrum có thể được theo dõi để theo dõi quá trình mài mòn bánh răng.

2. Phân tích ổ trục lăn

Tương tự như hộp số, khuyết tật ổ trục cũng tạo ra các dải biên. Ví dụ, khuyết tật ở vòng trong sẽ tạo ra các dải biên cách nhau tại tốc độ trục xung quanh tần số khuyết tật vòng trong (BPFI) và các sóng hài của nó. Cepstrum có thể giúp xác nhận sự hiện diện của các mẫu này, đặc biệt là khi chúng không rõ ràng trong phổ.

3. Phân tích máy móc tuabin

Trong tua-bin và máy nén, cepstrum có thể được sử dụng để xác định sóng hài tần số qua cánh và chẩn đoán các vấn đề liên quan đến hư hỏng cánh hoặc các vấn đề khí động học.

Cách diễn giải biểu đồ Cepstrum

1. Tính chu kỳ quay: Trước khi quan sát cepstrum, hãy tính chu kỳ thời gian của các thành phần quay chính (ví dụ, đối với trục ở tốc độ 1800 vòng/phút hoặc 30 Hz, chu kỳ là 1/30 = 0,033 giây).
2. Tìm kiếm các đỉnh ở các thời kỳ đã biết: Kiểm tra cepstrum để tìm các đỉnh quan trọng (rahmonics) phù hợp với các khoảng thời gian đã tính toán này.
3. Xác định sóng hài: Tìm các đỉnh ở bội số nguyên của độ lệch chuẩn cơ bản. Chúng cho thấy sự hiện diện của các họ sóng hài mạnh trong phổ gốc.
4. Biên độ xu hướng: Theo dõi biên độ của các đỉnh cepstrum theo thời gian. Biên độ tăng cho thấy tình trạng bệnh đang xấu đi.

Phân tích Cepstrum là một công cụ mạnh mẽ đòi hỏi kinh nghiệm để sử dụng hiệu quả, nhưng đối với máy móc phức tạp như hộp số, nó có thể cung cấp độ rõ nét trong chẩn đoán mà chỉ phân tích quang phổ mới có thể sánh kịp.

← Quay lại Mục lục chính