Hiểu về mật độ phổ công suất

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Parts

Vibration sensor

$107.47

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

Devices

Balanset-4

$8,123.32

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

Parts

Reflective tape

$11.94

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

Định nghĩa: Mật độ phổ công suất là gì?

Mật độ phổ công suất (PSD) là một đại diện của rung động phân bố năng lượng trên tần số, được thể hiện dưới dạng năng lượng trên một đơn vị băng thông tần số (đơn vị: (m/s²)²/Hz đối với gia tốc, (mm/s)²/Hz đối với vận tốc). Không giống như tiêu chuẩn phổ biên độ PSD thể hiện biên độ ở mỗi tần số, trong khi PSD thể hiện cách công suất rung động được phân bổ trên toàn bộ tần số, với các giá trị được chuẩn hóa theo băng thông phân giải tần số. Việc chuẩn hóa này làm cho PSD độc lập với băng thông phân tích, cho phép so sánh có ý nghĩa giữa các phổ được đo bằng các cài đặt độ phân giải khác nhau.

PSD đặc biệt quan trọng trong việc phân tích rung động ngẫu nhiên (trong đó năng lượng được phân bổ liên tục trên toàn bộ tần số thay vì tập trung tại các đỉnh rời rạc), để phân tích nhiễu và cho các ứng dụng yêu cầu đặc tính phổ không phụ thuộc vào băng thông như thử nghiệm rung động và đánh giá môi trường.

PSD so với Phổ biên độ

Phổ biên độ

• Hiển thị độ rung biên độ ở mỗi tần số
• Đơn vị: mm/giây, m/giây², mils, v.v.
• Biên độ đỉnh ở tần số rời rạc (mất cân bằng, lỗi ổ trục)
• Giá trị phụ thuộc vào băng thông phân giải FFT
• Màn hình tiêu chuẩn để chẩn đoán máy móc

Mật độ phổ công suất

• Hiển thị công suất rung động trên mỗi Hz băng thông
• Đơn vị: (mm/s)²/Hz, (m/s²)²/Hz, v.v.
• Phân phối năng lượng trên tần số
• Không phụ thuộc vào băng thông phân tích
• Tiêu chuẩn phân tích rung động ngẫu nhiên

Mối quan hệ

• PSD = (Biên độ)² / Δf
• Trong đó Δf = độ phân giải tần số (chiều rộng thùng)
• Bình phương nhấn mạnh biên độ lớn
• Chuẩn hóa làm cho băng thông không phụ thuộc

Ứng dụng

1. Phân tích rung động ngẫu nhiên

Ứng dụng PSD chính:

• Quá trình ngẫu nhiên: Sự nhiễu loạn, rung động của đường, địa chấn, âm thanh
• Phổ liên tục: Năng lượng phân bố trên tần số, không phải các đỉnh rời rạc
• Mô tả thống kê: PSD mô tả sự phân bố năng lượng của quá trình ngẫu nhiên
• Định dạng chuẩn: Thông số kỹ thuật thử nghiệm độ rung trong PSD

2. Đặc tính nhiễu băng thông rộng

• Hiện tượng sủi bọt tiếng ồn trong máy bơm
• Tiếng ồn dòng chảy hỗn loạn trong quạt
• Tiếng ồn khí động học
• Đặc điểm tiếng ồn của khuyết tật ổ trục

3. So sánh không phụ thuộc băng thông

• So sánh phổ được đo bằng các thiết lập FFT khác nhau
• Dữ liệu từ các công cụ hoặc độ phân giải khác nhau
• Dữ liệu lịch sử với các tham số phân tích khác nhau
• Giá trị PSD có thể so sánh trực tiếp bất kể băng thông

4. Kiểm tra môi trường

• Thông số kỹ thuật thử nghiệm rung động được đưa ra dưới dạng PSD so với tần số
• Điều khiển bàn lắc dựa trên PSD
• Kiểm tra chất lượng sản phẩm
• Tiêu chuẩn sốc và rung động

Tính toán PSD

Từ FFT

• Tính toán FFT của tín hiệu rung
• Bình phương mỗi giá trị biên độ
• Chia theo độ phân giải tần số (Δf = Fmax / Số dòng)
• Kết quả: PSD tính bằng (đơn vị)²/Hz

Đơn vị

• PSD tăng tốc: (m/s²)²/Hz hoặc g²/Hz
• PSD vận tốc: (mm/giây)²/Hz hoặc (in/giây)²/Hz
• PSD dịch chuyển: (µm)²/Hz hoặc (mils)²/Hz
• Thường được vẽ: Thang logarit (dB so với tham chiếu)

Diễn giải các biểu đồ PSD

Phổ phẳng (Tiếng ồn trắng)

• PSD không đổi trên toàn bộ tần số
• Năng lượng bằng nhau trên mỗi Hz ở mọi tần số
• Đặc điểm của rung động ngẫu nhiên băng thông rộng
• Ví dụ: Độ rung ngẫu nhiên lý tưởng để thử nghiệm

Phổ dốc (Nhiễu màu)

• PSD thay đổi theo tần số
• Độ dốc tăng dần: nhiều năng lượng hơn ở tần số cao
• Độ dốc giảm dần: nhiều năng lượng hơn ở tần số thấp (thường gặp trong máy móc)
• Độ dốc biểu thị sự phân bố tần số của năng lượng

Đỉnh trong PSD

• Các thành phần tần số rời rạc xuất hiện dưới dạng các đỉnh trên mức chung
• Sự cộng hưởng thể hiện dưới dạng các vùng PSD được nâng cao
• Có thể xác định tần số chi phối góp phần tạo ra năng lượng

Mối quan hệ với RMS và Tổng năng lượng

Tổng năng lượng từ PSD

• Tích hợp PSD trên toàn dải tần số
• Kết quả: Giá trị trung bình bình phương
• Căn bậc hai cho giá trị RMS
• RMS = √[∫ PSD(f) df]

Năng lượng trong dải tần số

• Tích hợp PSD trên dải tần số cụ thể
• Cung cấp năng lượng trong dải đó
• Hữu ích cho việc đánh giá sự đóng góp của các dải tần số khác nhau

Ưu điểm của PSD

Độ phân giải độc lập

• Giá trị PSD có thể so sánh bất kể độ phân giải FFT
• Cho phép so sánh dữ liệu lịch sử với các cài đặt khác nhau
• Chuẩn hóa phân tích trên các công cụ khác nhau

Biểu diễn năng lượng

• Trực tiếp biểu diễn sự phân bố năng lượng rung động
• Các giá trị bình phương nhấn mạnh tần số chiếm ưu thế
• Tự nhiên cho phân tích dựa trên năng lượng

Khung thống kê

• PSD là nền tảng của lý thuyết dao động ngẫu nhiên
• Cho phép phân tích xác suất
• Hỗ trợ dự đoán tuổi thọ mỏi từ tải ngẫu nhiên

Khi nào nên sử dụng PSD

Sử dụng PSD khi:

• Phân tích rung động hoặc tiếng ồn ngẫu nhiên
• So sánh dữ liệu với các băng thông phân tích khác nhau
• Sau đây là thông số kỹ thuật thử nghiệm ở định dạng PSD
• Đặc điểm của các quá trình băng thông rộng
• Cần phân tích dựa trên năng lượng

Sử dụng Phổ Biên độ khi:

• Chẩn đoán máy móc thường quy
• Xác định tần số lỗi rời rạc
• Các thành phần cụ thể đang thịnh hành
• Giá trị biên độ có ý nghĩa trực tiếp

Mật độ phổ công suất là một khái niệm cơ bản trong phân tích rung động ngẫu nhiên và cung cấp đặc tính phổ độc lập với băng thông. Mặc dù ít được sử dụng hơn phổ biên độ trong chẩn đoán máy móc thông thường, PSD rất cần thiết cho các ứng dụng rung động ngẫu nhiên, phân tích nhiễu và bất kỳ tình huống nào cần so sánh phổ đo được với các thông số phân tích khác nhau hoặc từ các thiết bị khác nhau.

---

← Quay lại Mục lục chính