什么是瀑布图（级联图）？
A 瀑布图, also called a 级联图，是一种三维图，用于展示振动 光谱 随时间变化或随另一个变量（通常是机器速度）而变化。它是通过堆叠一系列独立的 快速傅里叶变换 光谱层层叠叠，形成了一个宛如飞瀑般的水幕般的3D表面。仅凭这一张图片，分析人员就能观察到每一层 振动组件 随着机器运行条件的改变而增大、缩小、出现或消失，这是单一静态光谱所无法揭示的。
1. 定义：瀑布图的三个轴
级联图的优势在于为人们熟悉的二维频谱图增添了第三维度。传统的FFT绘制 振幅 反对 频率 仅需一瞬间；瀑布图将时间或速度作为第三个坐标轴，因此可以一目了然地读取整个光谱序列。
- X轴 — 频率： 频谱成分，单位为赫兹（Hz），或者当 订单追踪 按运行速度的顺序使用。
- Y轴 — 振幅： 每个谱分量的幅值，以速度、加速度或位移表示。
- Z轴 — 时间或转速： 用于对光谱进行叠加的变量。转速（RPM）无疑是最常见且最具诊断价值的参数。
其近亲是 级联情节，这两个术语常被视为同义词；有些分析师将“瀑布图”专用于基于时间的堆叠图，将“级联图”专用于基于速度的堆叠图，但其底层展示形式是相同的。
主要应用：加速和减速测试
瀑布图最重要的用途是分析机器启动过程中捕获的振动（上扬) or shutdown (coast-down). 在这些瞬态事件期间，转速会遍历整个工作范围，而瀑布图则绘制出该范围内机器动态响应的完整图谱。分析人员无需猜测转子在中等转速下的行为，而是能够在一张图上直观地看到所有转速下的响应情况。
这使得该图在以下几项任务中不可或缺：
- 确定临界转速和共振频率： 一个 谐振 显示为一条位于 fixed frequency 无论速度如何。随着运行速度阶次（1×、2×、……）扫过该固定频率，其振幅急剧上升，标志着 临界速度 在十字路口。
- 区分外加振动与共振： 该图清晰地区分了与速度相关的峰值—— 强制振动 例如 不平衡 这些信号遵循序列线——从固定频率的峰值（共振）开始，在速度轴上形成一条笔直的脊线。
- 观察转子稳定性的变化： 它揭示了诸如亚同步不稳定性等现象的传播速度 油膜涡动 和 搅打 时隐时现，这是任何……的核心 转子动力学 investigation.
3. 如何解读瀑布图
阅读级联图的关键在于识别两类山脊及其相互作用。
序线（对角线状的脊线）
这些波峰与机器的运行速度直接相关，因此呈现为对角线，且随着速度的增加，其频率也随之升高。
- 最突出的对角线通常是 1st order (1×), 对转子不平衡的响应以及 运行速度 组件。.
- 在……处出现了更多的对角线 2nd order (2×) — 常被链接到 错位 ——而在更高的谐波频率下，每个频率都是速度的固定倍数。
共振（水平脊）
这些山脊位于 恒定频率，与转速无关，因此它们在图中呈水平分布。它们标示了转子-轴承系统的 固有频率.
- 当某条阶次曲线（例如1阶不平衡响应）穿过共振峰时，振幅会急剧上升，并在某个特定转速处形成一个显著的峰值。
- 该速度是系统的临界速度，而临界点处的放大倍数揭示了 减震 该系统承载的。
4. 数据采集：订单追踪与转速表
为了生成清晰的瀑布图，数据通常需要通过订单追踪来获取。这需要一个 转速表 脉冲，以便每个光谱与轴角同步，且当采样间隔内的速度发生变化时，光谱线不会在各频段之间“拖尾”。如果没有这个 阶段 参考，瞬态谱会变得模糊，且各阶谱线不再清晰。虽然可以在固定频率轴上绘制瀑布图，但 order-based 瀑布图——其X轴标注的是订单数量而非赫兹——能使订单线保持完全垂直，在变速机器上通常更易于阅读。
在现场，通常用于采集光谱的仪器也会提供速度参考。例如，一款便携式双通道分析仪 平衡仪-1a，配备光学激光转速计，通过一条 反光带，在加速或减速过程中记录同步谱图以及1×幅值和相位——这些数据是构建级联图的基础。由于测量是在机器自身轴承上以运行速度进行的，因此所得图谱反映了转子实际安装后的运行状况。
5. 相关的加速/减速曲线图
同一组瞬时数据同时驱动多个互补的显示界面，经验丰富的分析师可以在这些界面之间自由切换：
- 波特图: 在笛卡尔坐标系中，单次谐波的振幅和相位随速度变化的曲线——非常适合读取峰值的精确转速。
- 奈奎斯特图: 某个阶次向量的实部与虚部之差，在每个临界速度处形成一个环。
- 坎贝尔图: 一张相关的频率-速度图，该图将阶次线叠加在固有频率线上，以预测干扰。
与波德图和奈奎斯特图每次只关注一个阶数不同，瀑布图则能同时显示 全部 在任何转速下都能覆盖全面的频谱。正是这种广度，使其始终是进行深入转子动力学分析不可或缺的工具，能够全面展现机器在整个工作范围内的运行特性。
