Referat Diagnosticare vibroacustica

8/10/2019 Referat Diagnosticare vibroacustica

1/12

ANDONI ANDREI DET-IM II

Tehnica de analiz n frecven a semnalului vibroacustic

Analiza n frecven urmrete descompunerea unui semnal complex n

componente armonice, obinnd spectrul de frecven al semnalului.

Spectrul de frecven al vibraiilor i zgomotelor este utilizat la controlul,

diagnosticarea i monitorizarea strii de funcionare a mainilor.

Analiza n domeniul frecvent se realizeaz, clasic, prin trecerea semnalului de analizat

printr-un sistem care conine urmtoarele blocuri funcionale (fig. 1.):

preamplificator de intrare;- filtru de band;

- detector;

- nregistrator sau display.

Semnal

de intrare

Fig. 1

Aparatele care realizeaz analiza de frecven se numesc, uzual, analizoare.Analiza n

domeniul frecven se poate clasifica astfel:

analiza de frecven cu filtre:

-cu lime de band constant;

-cu lime de band procentual constant;

analiza de frecven succesiv:

- n trepte;

- continu;

analiza de frecven n timp real (REAL TIME):

- cu filtre de tip analog n paralel;

- cu filtre de tip digital;

analiza Fourier (FAST FOURIER TRANSFORM , FFT).

Amplificatorintrare

Filtru Detector nregistratorDisplay


2/12


Pentru realizarea analizei de frecven trebuie ndeplinite urmtoarele condiii generale:

domeniul de frecven analizat trebuie s acopere domeniul de frecven al

fenomenului studiat;

puterea de rezoluie a filtrrii trebuie s fie ct mai ridicat;

timpul necesar analizei trebuie s fie ct mai redus;

Alegerea modalitilor de analiz se realizeaz n funcie de caracteristicile semnalului

studiat i de performanele aparaturii.

Analizoarele analogice pot fi:

cu filtre discrete;

cu filtru acordabil;

paralele n timp real;

cu compresia timpului.

1. Analizorul cu filtre discrete

Semnalul de la traductorul de vibraii este condiionat de un preamplificator i aplicat unui

grup de N filtre, ale cror benzi de frecven sunt alese astfel nct s acopere tot

domeniul de frecven dorit.

Detectorul este conectat succesiv la ieirea fiecrui filtru, pentru msurarea puteriisemnalului pe fiecare band de frecven (fig. 2).

Fig. 2.

Viteza de baleiere a filtrelor poate fi controlat i sincronizat cu viteza unui nregistrator

de nivel care nregistreaz spectrul. Din considerente economice numrul filtrelor ntr-un

astfel de analizor este limitat.


3/12


1.2. Analizorul cu filtru acordabil

Acest analizor are un singur filtru cu frecven central reglabil, care poate fi baleiat pe

ntreg domeniul de frecvene utilizat (fig. 3). Filtru acordabil poate fi realizat att cu lime

de band constant, ct i cu lime de band procentual constant. ntruct timpul de

rspuns al unui filtru este cu att mai mare cu ct limea de band este mai mic, viteza

de baleiere trebuie corelat cu limea de band.

Fig.3

Analizoarele cu filtre discrete sau cele cu filtru acordabil, pot analiza numai semnale

staionare. n acest scop semnalul trebuie nregistrat pe o bucl de band magnetic sau

ntr-o memorie numeric.

1.3. Analizorul paralel n timp real

Acesta obine ntregul spectru de frecvene, n paralel, de la acelai semnal de intrare

(fig. 4). Analizoarele paralele, n timp real, permit obinerea mult mai rapid a spectrului,

fiind ns mai scumpe i cu rezoluie limitat.

Fig. 4.

1.4. Analizorul cu compresia timpului

Timpul necesar realizrii analizei n frecven este limitat inferior de timpul de rspuns al

filtrului, care este corelat cu limea de band. Mrirea vitezei de analiz se poate realiza

prin creterea limii de band B, ceea ce ar implica o micorare a rezoluiei analizorului.


4/12


))(( tx dtetx ift

2)(

Pentru a menine aceeai rezoluie se poate realiza o nregistrare a semnalului la o vitez,

dup care, n scopul analizei, se red semnalul cu o vitez de M ori mai mare, ceea ce

face ca toate frecvenele s fie mrite de M ori. n felul acesta se obine aceeai rezoluie,

cu un filtru cu limea de band de M ori mai mare i deci un timp de analiz de M ori mai

mic.

O modalitate simplde realizare a compresiei timpului este de a nregistra semnalul pe

bucl de band magnetic (utiliznd un magnetofon cu modulaie n frecven) la o vitez

mai mic, iar redarea s fie la o vitez mai mare, obinndu -se un factor maxim de

accelerare M=10. Utilizarea unei memorii numerice pentru nregistrarea semnalului

permite ns, cu mult uurin, creterea vitezei de mii de ori. Aceste analizoare nu pot

realiza analiza n timp real.

1.5. Analizorul cu filtre numerice

Un filtru numeric este un bloc de calcul numeric, care primete la intrare o secven de

valori numerice (format obinuit din eantioane din semnalul obinut de la un traductor

n mod continuu), execut o serie de operaii numerice asupra fiecrii valori de intrare i

furnizeaz, la ieire, cte un eantion, pentru fiecare eantion primit la intrare.

Analizoarele n timp real cu filtre numerice sunt construite pentru limi de band de 1/3

octav ( 23 %), deci cu lime de band procentual constant i sunt destinate att

pentru controlul, ct i pentru diagnosticarea i monitorizarea mainilor n funcionare.

Sunt utilizate de asemenea la msurarea i analiza zgomotului.

1.6. Analizorul FFT

Trecerea semnalului din domeniul timp n domeniul frecven i invers se poate realiza

cu ajutorul transformatei Fourier:

X(f)=

=


5/12


dfefXfX ift

21 )()((

x(t)=

n cazul semnalelor periodice, trecerea n domeniul frecvene se poate realiza prin

descompunerea n serie Fourier, n procesul de transformare fiind necesar numai o

perioada a semnalului. Un semnal continuu i periodic, n domeniul timpului, este

transformat ntr-un spectru discret n domeniul frecven (fig. 5.).

n cazul semnalelor periodice, trecerea n domeniul frecvene se poate realiza prin

descompunerea n serie Fourier, n procesul de transformare fiind necesar numai o

perioada a semnalului. Un semnal continuu i periodic, n domeniul timpului, este

transformat ntr-un spectru discret n domeniul frecven (fig. 6.).

Fig. 5.

Fig. 6.

Dac semnalul n domeniul timp este discret i periodic, spectrul obinut n domeniul

frecven va fi, de asemenea, discret i periodic.

Dac n domeniul timp semnalul este descris prin N eantioane ntr-o perioad, n

domeniul frecven spectrul va conine de asemenea N eantioane.

X(fk) =

2

T

2

T

tif2dte)t(x

T

1k

x(t) = tif2

k

kk

ke)f(X

Un semnal discret, aperiodic, va genera un

spectru continuu (fig. 2.39.).

X(f) = nift2

n

nn e)t(x

x(tn)= dte)f(Xf

12

fs

2

fs

iftn2

s

Se evideniaz astfel simetria ntre domeniile timp i

frecven a transformatelor Fourier, periodicitatea

ntr-un domeniu determinnd o evoluie continu n

cellalt domeniu.


6/12


RT

N 1

2

n anul 1965 a fost elaborat un algoritm de calcul rapid al transformatei discrete Fourier

(F.F.T.). Deoarece semnalul generat de traductor are o variaie continu, este necesar

trecerea semnalului printr-un bloc de eantionare, care conine i un convertor analog-

digital (fig. 7.).

Fig. 7.

Algoritmul FFT consider o nregistrare din domeniul timp ca un bloc format din N

eantioane egal distanate, pe care le transform ntr-un bloc de N eantioane egal

distanate n domeniul frecven. Toate eantioanele din domeniul timp sunt necesare

pentru calculul fiecrei linii din domeniul frecven.

Frecvena cea mai joas ce poate fi evideniat de analiza FFT este determinat de

lungimea nregistrrii n domeniul timpului.

Frecvena maxim ce poate fi evideniat este: fmax =

unde: TR- durata nregistrrii; N- numrul de eantioane care este fixat prin procesul de

implementare al algoritmului FFT (uzual N = 1024).

Modificarea valorii pentru fmax se realizeaz prin schimbarea duratei nregistrrii.

Calculele necesare efecturii algoritmului FFT necesit un timp finit, funcie de numrul

de eantioane N, dar i de viteza procesorului utilizat.

X(fk)=N

kin21N

0kn e)t(x

N

1

x(tn)= Nk

in21N

0kk e)f(X

Transformata discret Fourier se

preteaz la o evaluare direct prin metode

numerice, utiliznd avantajele tehnicii de

calcul numeric.


7/12


Dac acest timp de calculTFFT < TR atunci analiza se numete analiza n timp real.

Frecvena pentru care TR devine egal cu TFFT determin limea de band analizat n

timp real. Analizoarele de frecven ce folosesc tehnica FFT fac parte din categoria

analizoarelor n timp real, putnd furniza, practic instantaneu, o reprezentare grafic a

spectrului pe un display ncorporat, spectru care este continuu reactualizat.

Viteza de msurare a analizorului FFT este determinat de rezoluia msurrii i de timpul

de calcul necesar transformrii.

Rezoluia n frecven a analizorului FFT este determinat de numrul de linii spectrale

i de disponibilitatea de a realiza Zoom FFT. Majoritatea analizoarelor FFT actuale ofer

400 componente reale n domeniul frecven.

Domeniul dinamic apreciaz capacitatea aparatului de a analiza semnale cu amplitudine

mic n prezena unor semnale cu amplitudine mare.Utilizare unei scri logaritmice, pentru amplitudine, permite reprezentarea simultan a

unor componente care au raportul amplitudinilor mai mare de 1000.

Medierea numeric urmrete att creterea preciziei msurrii, atunci cnd

componentele spectrului au amplitudini variabile, ct i curirea de componente parazite

introduse de nivelul ridicat al zgomotului de fond sau de vibraiile generate de mainile

vecine.

Eliminarea zgomotului i a altor componente parazite, se poate realiza prin mediere

sincron, care impune existena unui trigger sincronizat cu maina de la care se culege

semnalul, ceea ce permite obinerea n domeniul timp a mai multor secvene de semnal,

sincronizate, care sunt mediate nainte de realizarea transformrii. Prin mediere,

semnalele parazite, nesincronizate, vor fi atenuate mult, sau chiar anulate.

Memorarea valorilor de vrf, pentru fiecare frecven, la un numr de secvene din

domeniul timpului, permite urmrirea evoluiei n timp a acestora, ceea ce este util n cazul

ncadrrii analizorului dinamic ntr-un sistem de monitorizare, valorile de vrf evideniind

schimbrile de sarcin sau de vitez.Analizorul dinamic are interfa standard pentru

conectarea la nregistratorul numeric sau echipamentul de calcul, ceea ce creeaz

multiple posibiliti de stocare automat a datelor de analiz. Pentru monitorizarea strii

mainilor pot fi preferate analizoarele n timp real cu lime de band procentual

constant, cu utilizarea unei scri logaritmice pentru frecven, iar pentru diagnoza


8/12


Hzn

fi60

deteriorrii se vor prefera analizoarele cu lime de band constant pe scara liniar n

frecven. Cnd se urmrete realizarea unui control de calitate, prin monitorizarea

spectrului, este suficient efectuarea analizei pe un domeniu limitat de frecvene i este

preferat analiza cu lime de band constant.

1.7. Analiza Zoom FFT

Tehnica Zoom FFT este util pentru analiza unor semnale modulate cu o frecven joas

(semnale generate de de vibraiile roilor dinate, rulmeni), analiza semnalelor care conin

un numr mare de armonici, pentru separarea unor rezonane cu frecvene foarte

apropiate etc.

2. Diagnosticarea vibroacustic a rulmenilor

2.1. Consideraii teoretice

Analiza n domeniul timp sau frecven a semnalului emis de rulmeni a permis

evidenierea unui numr nsemnat de vrfuri semnificative, corelate cu urmtoarele

frecvene specifice cinematicii i dinamicii rulmenilor:

Atunci cnd se dorete o rezoluie mare pe o

poriune limitat de spectru, se folosete aa numita

analiz Zoom FFT. Domeniul de interes, cuprins ntre

frecvenele f1 i f2 se selecteaz mutnd originea

pentru domeniul de frecven la valoarea f1,

concomitent cu trecerea semnalului printr-un filtru

numeric trece jos, pentru eliminarea tuturor

componentelor, cu excepia benzii cuprinse ntre f1i f2


9/12


frecvena de rotaie a inelului interior:

frecvena de rotaie a coliviei fa de inelul exterior fix:

cos

d

D1120

nf

m

w

ce

frecvena de rotaie a coliviei fa de inelul interior n rotaie:

cos

d

D1

120

nf

m

w

ci

frecvena de rotaie a corpurilor de rulare fa de inelul exterior fix:

2

m

w

w

m

be cos

d

D1

D120

dnf

unde: n este turaia arborelui i a inelului interior; Dw diametrul corpului de rulare;

dm - diametrul mediu al rulmentului; - unghiul de contact.

Poziia vrfurilor n spectrul de frecven a rulmentului, n funcie de naturadefectului, este dat n tabelul 2.1.

Tabelul 2.1.

Element Tipul abaterii geometrice Poziia vrfului n spectrul de

frecven, [Hz]

Inel interior Btaie radial fi

Ondulaieici pfmZf

Defect singular(pitting)ici pfmZf

Inel exterior Ondulaie

Defect singular (pitting)cemZf


10/12


Corp de

rostogolire

Variaia de diametruce

mf

Ondulaiecebe pfmf2

Defect singularcebe pfmf2

cu m = 1,2,3, , p = 0,1,2,3,.., Z = nr. corpurilor de rulare. La aceste frecvene ale

armonicelor excitaiei se mai poate aduga i frecvena care corespunde succesiunii

intrareieire a corpului de rostogolire din defecte singulare:

2

m

wm

be cos

d

D1

b2

dnf

unde b este lungimea defectului pe circumferina cii de rulare.Se observ n primul rnd numrul mare de componente detectabile, fapt care

subliniaz dificultile unei interpretri i identificri corecte.

Fig. 2.2.

n figura este prezentat spectrul de frecven a unui rulment radial cu defecte pe

inelul interior. n afara vrfurilor dependente de turaie, analizele efectuate au evideniat

i vrfuri specifice unor rezonane, independente de turaie ca poziie n spectrul de

frecven. La aceste frecvene se mai adaug i urmtoarele frecvene:

-armonicele i subarmonicele frecvenei de rotaie a arborelui: mf1sau fi/m


11/12


(cu m ntreg i pozitiv), ndeosebi la turaii mai mari de 3000 rot/min .;

-armonicele i subarmonicele frecvenei de rotaie a coliviei: mfce sau fce/m;

-frecvenele proprii ale arborelui sau coliviei.

Analiza spectrului de frecven, n scopul controlului vibroacustic al rulmenilor

presupune determinarea prin calcul a tuturor frecvenelor enumerate.

Coincidena dintre frecvenele msurate i evidente ca vrf de amplitudine i

frecvenele calculate poate oferi date cu caracter de diagnostic.

2.2. Achiziia i procesarea semnalului vibroacustic al rulmenilor

Controlul prin vibraii este, de regul, de preferat datorit simplitii operaiei i n acest

scop rulmenii de controlat se monteaz cu inelul interior pe un arbore n rotaie, care la

rndul su este rezemat pe lagre de alunecare silenioase.

Traductorul de vibraii preia semnalul de pe inelul exterior al rulmentului nemontat n

carcas, prin intermediul unui palpator, rulmentul fiind ncrcat cu o sarcin radial sau

axial de control.

n figura 2.3. este dat lanul de achiziii i procesare a semnalului devibraii.

Analiza spectrului de frecven, n scopul diagnosticrii, necesit determinarea prin calcul

a tuturor frecvenelor la care pot s apar vrfuri n spectru.Coincidena dintre frecvenele calculate i frecvenele la care spectrul prezint vrfuri

permite identificarea cauzelor.


12/12


Fig: 2.3.

Referat Diagnosticare vibroacustica

Documents

Transcript of Referat Diagnosticare vibroacustica