Parameterauswahl in der Vibrationsmessung

Die Rolle der Stichprobengröße und der Abtastrate für Parameterauswahl Bei der Umwandlung eines Analogsignals in ein digitales (ADC) ist die Größe der Proben des digitalen Wellenforms entscheidend, um das Analogsignal genau zu replizieren. Vibrationsmessungen erstrecken sich normalerweise über einen Zeitraum und erfolgen in regelmäßigen Abständen. Das Analogsignal wird in digitaler Form durch Proben genommen, die zu bestimmten Zeitintervallen als Abtastzeit (1/fs) bekannt sind.

Die Anzahl der Proben, die pro Sekunde genommen werden, wird als Abtastrate oder Abtastrate bezeichnet. Es ist wichtig zu beachten, dass das Intervall zwischen periodischen Messungen durch die Division der Probenanzahl durch die Abtastfrequenz bestimmt wird. Die Hälfte der Abtastfrequenz (fs/2) wird als Nyquist-Frequenz bezeichnet.

Analoge Signale bestehen aus Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzen. Die höchstfrequente Komponente, bezeichnet als fmax, definiert die Bandbreite des Signals. Gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem sollte die Abtastfrequenz mindestens das Doppelte der höchsten Frequenzkomponente im analogen Signal betragen, also 2×fmax. Dieses Theorem betont die Bedeutung des Verständnisses der Auswirkungen der Abtastfrequenz. Wenn Sie dieses Theorem vor der Abtastung eines analogen Signals befolgen, repräsentiert das abgetastete Signal genau das analoge Signal und bewahrt alle seine Informationen. Wenn jedoch die Abtastfrequenz unter 2-mal der höchsten Frequenz im analogen Signal liegt (fs<2×fmax), tritt Aliasing auf. Aliasing versteckt hohe Frequenzen im Spektrum des analogen Signals und kann zu Fehlinterpretationen der Signale führen, die von der Vibrationsquelle erzeugt werden.

Viele für Vibrationsignale konzipierte Messsysteme verwenden begrenzte Hochgeschwindigkeitsabtastraten, die die Genauigkeit der erzeugten Zeitsignale beeinflussen können. Wenn die Abtastrate viel niedriger ist (z. B. 2,56-mal niedriger) als die Frequenz des analogen Signals, wird oft Oversampling (z. B. 20-mal) angewendet, um dies auszugleichen. Trotz der niedrigeren Abtastrate ist es entscheidend zu verstehen, dass das Signal immer noch alle Informationen des analogen Signals enthält. Obwohl das Signal zwischen den Abtastpunkten bei einer niedrigeren Frequenz zu springen scheint, bleibt seine Integrität im Frequenzbereich intakt. Das bedeutet, dass ein aus dem Signal berechnetes Spektrum genau bleibt. Die durch die niedrige Abtastrate auferlegte Einschränkung betrifft hauptsächlich die zeitbasierte Darstellung des Signals, nicht die frequenzbasierte.

Wenn die Abtastrate unter die erforderliche Schwelle fällt (fs<2×fmax), tritt Aliasing auf und beeinträchtigt die Integrität des Signals. Das bedeutet, dass Hochfrequenzkomponenten im analogen Signal in der digitalen Darstellung möglicherweise nicht korrekt erscheinen. Aliasing ist ein Phänomen, das wir vermeiden wollen, um genaue Vibrationsmessungen zu erhalten.

Neben der Abtastrate ist ein weiterer entscheidender Aspekt bei der Messung von Vibrationen der Dynamikbereich. Der Dynamikbereich bezieht sich auf die Fähigkeit des Messsystems, eine breite Palette von Vibrationsamplituden genau zu erfassen. Unterschiedliche Maschinen und Anwendungen zeigen unterschiedliche Niveaus der Vibrationsintensität.

Um die Bedeutung des Dynamikbereichs zu verdeutlichen, nehmen Sie an, Sie messen Vibrationen von einer Maschine. In einigen Fällen können diese Vibrationen relativ gering sein, ähnlich einem sanften Summen, und fallen in einen niedrigen Bereich (z. B. 2G). In anderen Fällen können die Vibrationen jedoch viel intensiver sein, ähnlich kraftvollen Erschütterungen, was einen höheren Dynamikbereich erfordert (z. B. 8G oder 16G).

Wenn Sie sich für einen Dynamikbereich entscheiden, der für die tatsächlichen Vibrationsamplituden zu begrenzt ist, besteht die Gefahr des „Clippings“ der Daten. In einfacheren Worten verlieren Sie Informationen über die tatsächliche Intensität der Vibration, ähnlich wie der Versuch, das Brüllen eines Löwen mit einem Mikrofon aufzunehmen, das nur Flüstern erfassen kann.

Andererseits kann die Auswahl eines übermäßig breiten Dynamikbereichs für relativ geringe Vibrationsintensitäten zu einer Verringerung der Empfindlichkeit führen. Es ist vergleichbar mit der Verwendung eines Mikroskops zum Lesen von Großdruck; Sie könnten feinere Details übersehen.