振动分析中的相干性解析
连贯性 ——也称为相干函数——是一种用于 振动分析 用于评估双通道测量的质量和有效性。这是一个介于0和1之间的数值，按频率逐一计算得出，它反映了每个频率下输出信号中有多少 频率 确实是由输入信号直接且线性地引起的。实际上，相干度是分析人员的信心指标：在根据数据得出任何结论之前，它能回答“我能否相信这一测量结果，还是噪声对其造成了干扰？”这一问题。
1. 定义：什么是连贯性？
相干度量化了两个同时测量的信号在频谱中的每个频率上所呈现的线性因果关系。 光谱. 该刻度非常直观：
- 连贯性 1.0 在给定频率下，意味着两个信号之间存在完美的线性关系——该频率下的100%输出均由输入引起。
- 连贯性 0.5 这意味着在该频率下，输出能量的50%与输入呈线性关系。剩余的50%则源于其他因素：噪声、非线性或未测量的其他输入。
- 连贯性 0.0 意味着在该频率下两个信号之间根本没有线性关系。
从数学角度来看，相干性源于 互功率谱密度 这两个频道连同 自光谱 每个指标的值均经过归一化处理，确保结果始终介于0和1之间。关键在于，这是一个 averaged 数量：要获得有意义的连贯性值，需要对测量结果进行多次平均，因此只有能够同时采集两个信号的多通道分析仪才能生成该值。
2. 频率响应函数（FRF）测量结果的验证
一致性最常见且最重要的用途是验证一个 频率响应函数（FRF）. 在执行 impact test — 又称 碰撞测试 — 为了测量结构在不同频率下的响应情况，相干性图对于判断采集的数据是否值得保留至关重要。
- 正确的测量： 对于一个有效的FRF，在以下频率下，相干度应非常接近1.0： 谐振 峰值。高相关性（例如高于0.95）能让分析人员确信，所测得的响应确实是由锤击引起的，而非背景振动或测量噪声所致。
- 测量不准确： 如果在共振峰处相干度急剧下降，则该测量结果值得怀疑。原因可能是敲击力度不足、环境噪声过大，或是结构响应确实呈现非线性。正确的做法是忽略该次测量结果并重新尝试。
有一点细微之处切勿误认为是缺陷：连贯性自然会落在 anti-resonances ——FRF曲线中峰值之间的谷值——因为该区域的结构几乎不发生位移，响应主要由噪声主导。这些谷值区域的相干度较低是正常且预期的现象。这正是为何在分析FRF数据时，会同时关注相干度 模态分析，其中确认真实的 固有频率 机器或结构的性能取决于准确、可靠的峰值。
3. 来源识别
相干性还可以揭示一台机器的振动是否导致了另一台机器的振动。假设一台泵和一台电机共用一个底座，而你怀疑是电机在引起泵的振动：
- 程序： place one 加速度计 一个安装在电机上（输入端），另一个安装在水泵上（输出端），同时测量这两个信号，并计算它们之间的相干度。
- 解释： 如果电机处的相干度很高 运行速度，这有力地证明了振动是通过电机与水泵共用的结构从电机传递到水泵的。如果该频率下的相干度较低，那么水泵的振动很可能是由其自身问题引起的——即它自身 不平衡 或 空化例如——而不是由电机驱动。
通过这种方式，相干性有助于绘制振动传播路径，从而避免分析人员追查错误的设备——当两台耦合设备以相似的频率振动时，这往往会造成代价高昂的误判。
4. 降低连贯性的因素
有几种不同的机制会导致相干度值低于1.0，而识别出究竟是哪种机制在起作用，是诊断过程的一部分：
- 测量噪声： 输入或输出通道受到外部噪声的干扰——这是最常见的原因，通常通过改进传感器安装方式或增加平均次数即可有效缓解。
- 非线性系统： 连贯性仅衡量 线形 关系。如果系统表现出非线性行为——因为 松弛, a 开裂，或者说是流固耦合——即使确实存在因果关系，一致性也会很低。
- Time delays: 除非分析仪已进行相应设置以应对这一情况，否则输入信号与输出信号之间存在显著延迟会降低相干性。
- 其他未计量的投入： 如果输出由多个源驱动，而你仅将其中一个作为输入进行测量，那么未被测量的能量就会表现为相干性损失。
5. 连贯性作为质量控制工具
实际上，连贯性与其说是一种诊断，不如说是一个“守门人”，负责保护所有基于双通道数据得出的诊断结果。它与 传递函数 以及随附的FRF——FRF会告诉你 如何 结构作出反应，而连贯性则告诉你 该相信多少 在每个频率下的响应。常规的现场平衡和单通道频谱分析可使用便携式分析仪（如 平衡仪-1a 虽然不需要一致性图，但一旦在多通道系统上进行冲击测试、共振搜索或源头追踪，一致性就成为区分可靠结果与误导性结果的关键参数。总而言之，一致性函数是先进振动测量中至关重要的质量控制工具：它能确保频率响应函数（FRF）数据的有效性，并有助于识别振动在机器中传播的路径。
