階次跟蹤分析是描述用于分析旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的機(jī)械動(dòng)態(tài)特性的軟件功能的集合的一般術(shù)語(yǔ),旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)速可隨時(shí)間而變化。與功率譜和其他頻域分析標(biāo)準(zhǔn)不同的是變化的變量是頻率,階次功能提供與可變轉(zhuǎn)速相關(guān)的數(shù)據(jù),即RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))。用的測(cè)量是階次光譜和階次分析。順序譜給出了作為旋轉(zhuǎn)頻率的諧波次數(shù)的函數(shù)的信號(hào)幅度。這意味著諧波或次諧波次序分量保持在與機(jī)器速度無(wú)關(guān)的相同分析線中。
觀察任何數(shù)量與RPM的變化的技術(shù)稱為跟蹤,因?yàn)樾D(zhuǎn)頻率被跟蹤并用于分析。激勵(lì)機(jī)器的大部分動(dòng)力與旋轉(zhuǎn)頻率有關(guān),因此通過(guò)使用順序分析可以大大簡(jiǎn)化解釋和診斷。
階次分析只是對(duì)具有基頻或諧波的分量的振幅的觀察。它是一種典型的跟蹤類型。還有其他類型的跟蹤。例如,用戶可以跟蹤基于FFT的PSD頻譜,固定頻帶或倍頻程頻帶等; 所有這些都可以稱為跟蹤。通過(guò)CI階次跟蹤包,儀器可以:
- 處理轉(zhuǎn)速計(jì)信號(hào)并提供高保真RPM測(cè)量
- 測(cè)量階次光譜
- 測(cè)量階次跟蹤
- 測(cè)量RPM FFT頻譜
- 測(cè)量固定頻帶中的能量與RPM
- 測(cè)量相對(duì)于轉(zhuǎn)速表的順序的幅度和相位。
階次跟蹤應(yīng)用
階次跟蹤有幾種不同的應(yīng)用,以下給出的是一些討論。
種應(yīng)用,通常被稱為向上運(yùn)行/向下運(yùn)行,是用來(lái)調(diào)查一臺(tái)機(jī)器當(dāng)在整個(gè)運(yùn)行范圍上運(yùn)行的RPM是變化時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。這種情況, RPM范圍可能非常大,從一個(gè)很小的 RPM 到 10,000 RPM。這些測(cè)試是在汽車或飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行,以及當(dāng)調(diào)試全新或翻新的固定加工設(shè)備時(shí)。測(cè)量可以是任何物理量如聲音,位移,速度,加速度,轉(zhuǎn)矩等。測(cè)量分析可以是振幅或階次的功率,一個(gè)固定頻帶上的能量,一個(gè)倍頻程濾波器的容量等等。這種類型的測(cè)量中最重要的結(jié)果是相對(duì)于RPM的響應(yīng)的幅度。
第二應(yīng)用是在機(jī)器執(zhí)行其正常的任務(wù)時(shí),監(jiān)測(cè)測(cè)量機(jī)器的位移,速度,加速度,壓力,電流或聲音。該儀器測(cè)量階次的振幅和其相對(duì)于參考轉(zhuǎn)速計(jì)的輸入信號(hào)的相位。相位計(jì)算相對(duì)于轉(zhuǎn)速計(jì)輸入或單獨(dú)的參考輸入。這個(gè)應(yīng)用是普遍用于設(shè)備診斷和平衡。這種情況下,操作中的RPM是相對(duì)穩(wěn)定的。階次跟蹤技術(shù)對(duì)增加階次估算精度是有用的。
階次跟蹤信號(hào)的相位對(duì)在向上運(yùn)行/向下運(yùn)行期間旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究非常有用。這是常常用“波特圖”呈現(xiàn),用來(lái)表達(dá)共振/激勵(lì)交叉點(diǎn)是有用的。波特圖是從控制理論借用一個(gè)概念;它在一個(gè)不斷變化的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可同時(shí)提供振幅和相位數(shù)據(jù)(即向上運(yùn)行/向下運(yùn)行)。一些的設(shè)置信息取決于轉(zhuǎn)速的變化率。向上運(yùn)行或向下滑行可以采取到從幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)的任何地方(如用于在渦輪機(jī)的冷啟動(dòng))。
CoCo-80X 動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀包括測(cè)量基于RPM的聲學(xué)音階分析和聲級(jí)的能力。該功能類似于階次分析,除了頻譜以A,B,C或Z頻率加權(quán)的倍頻程段記錄。此功能包含在聲學(xué)分析和聲級(jí)計(jì)CSA模板中,而不是階次分析模板。
階次跟蹤和階次頻譜
旋轉(zhuǎn)速度的知識(shí)允許在角度和順序域上顯示測(cè)量結(jié)果,與時(shí)間和頻率域相對(duì)應(yīng)。一階是頻率規(guī)格化的頻率,例如軸頻率。這就意味著,在有序頻譜中,振動(dòng)分量的順序表明了每軸旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)周期數(shù)。用EUpk、EUrms或EUrms2來(lái)測(cè)量的數(shù)量級(jí),是通過(guò)跟蹤濾波器獲得的測(cè)量值,該濾波器的中心頻率位于這個(gè)頻率上。對(duì)一系列階次的多重測(cè)量將構(gòu)造一個(gè)所謂的有序光譜。一階功率譜測(cè)量給出了信號(hào)的振幅或功率的定量描述。它提供了一個(gè)很好的視圖信號(hào)的所有順序組件。這可以幫助您找到重要的階次,并比較不同階次組件的級(jí)別。
執(zhí)行旋轉(zhuǎn)相干采樣,鎖相乘法器和數(shù)字重采樣有兩種方法。鎖相頻率乘法器主要用于早期工作。它們基于旋轉(zhuǎn)參考信號(hào)產(chǎn)生采樣脈沖。這些采樣脈沖控制采樣過(guò)程。注意,采樣頻率將取決于轉(zhuǎn)速,因此需要可調(diào)節(jié)的抗混疊濾波器。這使得方法相當(dāng)復(fù)雜。在數(shù)字重采樣技術(shù)中,時(shí)間信號(hào)通常與一些旋轉(zhuǎn)參考信號(hào)一起采樣。然后通過(guò)插值技術(shù)將時(shí)間信號(hào)數(shù)字重采樣到角域。旋轉(zhuǎn)參考信號(hào)可以用轉(zhuǎn)速計(jì)或增量脈沖編碼器獲取。下圖顯示了在啟動(dòng)過(guò)程中角度數(shù)據(jù)重新采樣如何用于分析發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。一旦信號(hào)已經(jīng)被轉(zhuǎn)換成其角域,則可以應(yīng)用FFT來(lái)分析振動(dòng)的階譜。
同步采樣數(shù)據(jù)(采樣速率由瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和所需分析頻率范圍決定)
芯片信號(hào)的角度數(shù)據(jù)重采樣
圖中顯示采樣速率將由瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和所需分析頻率范圍決定。在CoCo-80X動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀中,通過(guò)結(jié)合數(shù)字重采樣,數(shù)據(jù)抽取和內(nèi)插,DFT和FFT計(jì)算的專有技術(shù)來(lái)計(jì)算階次跟蹤和階次頻譜??梢酝ㄟ^(guò)階次跟蹤計(jì)算產(chǎn)生三個(gè)測(cè)量值:圖一中顯示的“階次頻譜”,圖二中顯示階次跟蹤圖,圖三顯示“3D RPM階次頻譜”。3D RPM階次頻譜只是其他兩種測(cè)量類型的三維視圖。另一種可視化這些類型圖的方式是,階次光譜是沿著固定RPM值的3D圖的橫截面,而階次跟蹤是固定階次的橫截面。他們的關(guān)系是:
圖一 典型階次譜
圖二 典型階次跟蹤
圖三 典型3D有序階次瀑布圖