Фильтрация является важным этапом в процессе метода огибающей вибросигнала
Первым этапом обработки сигнала при использовании метода диагностики по спектрам огибающей является обработка вибросигнала с помощью полосового фильтра. Правильная настройка фильтра обеспечивает удаление нежелательных частотных составляющих из вибросигнала и предотвращает затухание необходимых при анализе спектров огибающей вибросигнала частот. При выборе диапазона частот необходимо принимать во внимание рабочую скорость вращения машины и ее собственные частоты резонанса, которые частично зависят от конструкции подшипника, машины, а также от места монтажа. Поэтому для получения наиболее точных данных диагностики при первом использовании спектра огибающей часто следует поэксперементировать с частотами используемых фильтров.
Сначала рекомендуем выявить в спектре вибросигнала «скопление» высокочастотных амплитудных пиков, относящихся к резонансу элементов подшипника. Нижняя граница фильтра (фильтр пропускания верхних частот) должна быть установлена выше частот зубчатого зацепления, но ниже этого «скопления» пиков, указывающего на резонанс подшипника. Выбор нижней границы фильтра осуществляется таким образом, чтобы отфильтровывались составляющие с высокой амплитудой и низкой частотой (которые вызваны вибрацией машин на частоте вращения). Это значительно улучшает соотношение сигнал-шум на частотах, которые нас интересуют. В вибросигнале именно эти низкочастотные вибрации, как правило, преобладают. Верхняя граница фильтра выбирается таким образом, чтобы отфильтровывались составляющие вибросигнала на максимально высоких частотах, вызванные другими вибрациями агрегата и сигналами, усиленными в акселерометре или в результате резонанса монтажного крепления.
Для машин, оснащенных подшипниками качения, нижняя граница частотного фильтра, как правило, должна быть больше, чем величина 10-ти кратной рабочей скорости машины (10Х), для того чтобы удалить гармоники, кратные частоте вращения машины. Однако эти частоты не должны превышать половину величины собственных частот подшипника. Эти собственные частоты выступают в роли «несущих» частот и возникают при появлении ударных импульсов дефекта подшипника, поэтому затухание этих вибросигналов затрудняет диагностику дефекта при помощи спектров огибающей.
Верхняя граница частотного фильтра, как правило, устанавливается на величину, в 60 раз большую, чем частота «перекатывания» тел качения по наружному кольцу подшипника (60X BPFO) или примерно в 200 раз больше, чем рабочая скорость вращения машины (200Х). Это приводит к затуханию высокочастотных помех и составляющих вибрации, часть из которых была усилена резонансом акселерометра. Эти правила довольно просты и обязательно должны учитываться специалистом по виброанализу при диагностике подшипников качения. Однако частоты, возникающие в зубчатых зацеплениях редукторов, затрудняют их применение для диагностики редукторов.
Выходной вибросигнал после прохождения через полосовой фильтр (Рисунок 5) будет отображать резонансную частоту конструктивных элементов машины. Это более высокие частоты в форме волны, модулируемой дефектом. Ударные импульсы, возникающие при появлении в подшипнике дефекта, возбуждают эту «несущую» частоту, амплитуда которой будет затухать в геометрической прогрессии. В вибросигнале дефектного подшипника могут появиться ударные импульсы с различным временным интервалом, амплитудой и дополнительными частотными составляющими – на все это может оказывать влияние смазка, количество дефектов, степень их серьезности и нагрузка на подшипник. Несмотря на все это, метод диагностики при помощи спектров огибающей вибросигнала очень эффективен для таких сложных форм вибросигнала.
Демодуляция амплитуды вибросигнала удаляет резонансные частоты
Прежде чем получить огибающую отфильтрованного вибросигнала (демодулировать его), сначала нужно произвести его двухполупериодное выпрямление (Рисунок 6), которое удваивает «несущую» частоту и еще больше отделяет частоту ударных импульсов от «несущей» частоты.
Следующий этап — это непосредственно извлечение огибающей. Амплитудная демодуляция выпрямленной формы вибросигнала удаляет несущую частоту и оставляет частоту повторения ударных импульсов дефекта. Для выполнения демодуляции используются следующие методы: детектирование пиковых значений (Рисунок 7), интегрирование и фильтрация высоких частот.
Как правило, извлечение огибающей позволяет получить форму вибросигнала со спектральными компонентами, соответствующими частотам ударных импульсов и, как следствие, гармоникам частот дефекта. Частотные компоненты, не имеющие отношения к ударным импульсам, будут, как правило, иметь более высокую частоту, чем интересующие нас составляющие. Некоторые из них могут быть убраны при помощи фильтра высоких частот, в результате чего в вибросигнале останутся только частотам ударных импульсов и некоторые гармоники низкого порядка. Интерпретировать такой менее загроможденный спектр будет проще, потому что количество частотных составляющих будет меньше.
Перед проведением анализа вибросигнала необходимо получить спектр огибающей. Частота ударных импульсов должна четко отображаться в спектре относительно других спектральных компонент вибросигнала. Гармоники частот дефектов, как правило, являются излишними компонентами метода огибающей и не используются для отслеживания этих неисправностей, за исключением тех случаев, когда присутствует большое число гармоник, указывающих на развитие дефекта. Частоты высоких пиков амплитуды присутствующие в спектре, могут коррелироваться с физическими параметрами машины. Обратите внимание на то, что по мере развития дефекта рядом с амплитудными пиками на частотах дефектов в спектре могут появляться боковые полосы частот, связанные со скоростью вращения машины.
Если на спектре появляются нескоррелированные (посторонние) частоты, это может быть вызвано некорректной конфигурацией используемых фильтров или неправильными замерами вибрации при помощи вибродатчиков. Колебания на этих частотах могут быть вызваны и другими компонентами агрегата или же возникающими в процессе работы агрегата процессами.
