Материал: АСКВ2 БУ max90-ru_v1.20

Модули мобильной системы X90

Эффект искажения

Выборка входного сигнала осуществляется через равные промежутки времени. Если используемая скорость выборки слишком низкая, выборка будет проведена неправильно, и колебания будут описаны некорректно. Это нежелательное явление называется эффектом искажения.

Чтобы избежать появления таких ложных результатов, при выборке необходимо соблюдать требования теоремы Найквиста-Котельникова. Эта теорема о дискретизации описывает частотное соотношение между дискретизацией и сигналом и утверждает, что частота дискретизации должна быть вдвое выше максимальной частоты измеряемого сигнала.

Пример некорректной дискретизации

Синусоида с частотой 4 кГц, частота дискретизации 6 кГц. Красным цветом указана синусоида с частотой 2 кГц, появляющаяся из-за слишком низкой частоты дискретизации.

Частота дискретизации 6 кГц

Рисунок 77: Некорректная дискретизация при частотах 6 кГц и 4 кГц

Информация:

Модуль гарантирует, что при дискретизации всегда выполняются требования теоремы Найкви- ста-Котельникова.

При оцифровке сигнала частотой 10 кГц используется уменьшенная частота дискретизации

25,7812 кГц!

Разрешение

Непрерывный аналоговый входной сигнал преобразуется в серию дискретных значений. Максимальное количество дискретных значений в единицу времени определяется разрешением АЦП. Поскольку это количество всегда ограничено, оцифрованный сигнал всегда отличается от фактического входного сигнала. Это отклонение известно как ошибка квантования.

Интервал между двумя выборками определяется частотой дискретизации, поэтому при ее выборе следует принимать во внимание то, какая обработка потребуется для сигнала в дальнейшем. Для множества задач обработки сигналов принципиально важно придерживаться положений теоремы Найквиста-Котельникова. Посредством соответствующих процедур фильтрации и прореживания модуль гарантирует, что теорема Найквиста-Котельникова всегда выполняется, независимо от настроенной частоты опроса.

С точки зрения осциллограммы, более высокая частота дискретизации позволяет более точно описать сигнал, но при этом требует большего объема памяти. Что касается частотного спектра, то чем выше частота дискретизации, тем больше максимальная частота, которую можно зарегистрировать. С другой стороны, для FFT используется ограниченное количество значений, в результате чего уменьшается разрешение и вместе с ним возможность различить частоты, близкие друг к другу.

Информация:

При использовании модуля X90CM480 при максимальной частоте 200 Гц расстояние между двумя линиями спектра составит 0,0629 Гц.

Модули мобильной системы X90

Осциллограмма

Определить разрешение на осциллограмме можно как расстояние между двумя точками измерения.

Пример

В данном примере "MaxFrequencyRaw" равняется 2 кГц.

Амплитуда [мg]

Рисунок 78: Осциллограмма с соответствующим разрешением

Частотный спектр

Разрешение в частотном спектре соответствует расстоянию между соседними линиями на спектре (спектральными линиями), значения которых могут быть рассчитаны модулем.

Пример

Частотный спектр при максимальной частоте 2 кГц.

Амплитуда [мg]

Модули мобильной системы X90

Квантование

Для цифровой обработки аналоговых сигналов требуется аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Однако аналого-цифровой преобразователь может измерять напряжение только пошагово. Шаг преобразователя называют напряжением квантования. Таким образом, измеряемый диапазон квантуется.

В аналого-цифровом преобразователе цифровое разрешение отражает количество уровней квантования. Оно определяет точность и чувствительность, с которой отображается значение уровня, ранее бывшее аналоговым. Чем больше доступных уровней, тем точнее дискретный сигнал соответствует входному аналоговому сигналу и тем выше чувствительность измерения.

Разрядность соответствует количеству значений, которые может выдать АЦП при преобразовании аналогового сигнала. Разрядность указывается в битах.

Пример

При разрядности 24 бита, диапазоне измерений датчика ±10 В и чувствительности 100 мВ/g разрешение будет следующим:

Рисунок 80: Ошибка квантования при низком разрешении

Информация:

Разрядность модуля — 24 бита.

Интервал между измерениями

Интервал между измерениями зависит от настроенной максимальной частоты. В зависимости от измеряемых значений (необработанный сигнал или огибающая сигнал), для настройки используются следующие регистры:

•"MaxFrequencyEnvelope" на странице 191 для измерения огибающей

•"MaxFrequencyRaw" на странице 192 для измерения необработанных значений

2. Ударные воздействия

Различные типы повреждений оборудования могут привести к возникновению колебаний, вызывающих вибрацию корпуса станков или соседних элементов оборудования на их собственной резонансной частоте. Повреждения, связанные с ударным воздействием, могут возникать в результате коррозии, соприкосновения ротора с корпусом оборудования, а также повреждения подшипника или зубчатых колес.

В случае неисправности подшипника ударное воздействие возникает, когда роликовые элементы проходят по поврежденным участкам внутреннего/внешнего кольца или при наличии повреждений самих роликовых элементов.

Амплитуда [мg]

Частота [Гц]

Рисунок 82: Повреждение подшипника — FFT огибающей сигнала

Этот вид воздействия можно сравнить с ударом молоточка по колоколу. Если ударять по колоколу два раза в секунду, он будет вибрировать на собственной резонансной частоте (а не на частоте 2 Гц). Собственная резонансная частота зависит от конструкции и свойств материала. Как и в случае с любым резонаторным ящиком, на частоту также влияет способ монтажа датчика.

При повреждении дорожек качения вибрирующая система реагирует на каждый ударный импульс. С практической точки зрения имеет смысл измерять только сумму всех импульсов, т. е. полный сигнал.

При повреждении роликовых подшипников их кольца начинают вибрировать первыми.

Анализ вибрации

Колебания распространяются в оборудовании в виде волн. Их можно зарегистрировать на поверхности оборудования. Обязательным условием, естественно, является наличие пути для распространения звуковой волны, то есть на пути от роликового подшипника к датчику не должны лежать звукопоглощающие среды, такие как воздух, резина и т. д.

Сигнал можно измерить на поверхности оборудования с помощью акселерометра. Сигнал состоит из множества колебаний и импульсов, которые накладываются друг на друга. Выделить отдельные частоты при анализе осциллограммы очень трудно, если вообще возможно.

Используя быстрое преобразование Фурье, можно отобразить спектр сигнала и определить резонансные частоты системы. Они находятся в высокочастотном диапазоне. Основные составляющие - это резонансная частота ротора и ее гармоники.

Модули мобильной системы X90

Частота проворачивания подшипников при скорости около 600 об/мин составляет от 15 до 70 Гц, в зависимости от подшипника.

Ударные импульсы низкой интенсивности, которые обычно свидетельствуют о ранней стадии повреждения, трудно обнаружить и проанализировать. Четкие всплески сигнала можно наблюдать только при сильном повреждении подшипников.

Амплитуда [мg]

Время [с]

Рисунок 83: Серьезные повреждения подшипника при скорости 600 об/мин

Для четкого представления фактического повреждения, а именно последовательности ударов, нельзя ограничиться анализом одного лишь амплитудного спектра. Очень важно разделить наложившиеся друг на друга возбуждающее воздействие и резонанс на собственной частоте. Сделать это можно с помощью анализа огибающей сигнала.

Амплитудно-модулированный сигнал состоит из высокочастотного несущего сигнала и низкочастотного полезного сигнала. Амплитуда несущего сигнала изменяется в зависимости от полезного сигнала. В приемнике полезный сигнал снова отделяется от несущего путем формирования огибающей (демодуляция).

Если периодические ударные импульсы вызывают резонанс в оборудовании, то такой резонанс можно рассматривать в качестве несущего сигнала, а сами импульсы после прохождения НЧ-фильтра — в качестве низкочастотного модулирующего сигнала. Демодуляция позволяет отделить ударные импульсы от колебаний на резонансных частотах.