阶次跟踪分析是描述用于分析旋转或往复运动机械的机械动态特性的软件功能的集合的一般术语,旋转或往复运动机械的转速可随时间而变化。与功率谱和其他频域分析标准不同的是变化的变量是频率,阶次功能提供与可变转速相关的数据,即RPM(每分钟转数)。最有用的测量是阶次光谱和阶次分析。顺序谱给出了作为旋转频率的谐波次数的函数的信号幅度。这意味着谐波或次谐波次序分量保持在与机器速度无关的相同分析线中。

观察任何数量与RPM的变化的技术称为跟踪,因为旋转频率被跟踪并用于分析。激励机器的大部分动力与旋转频率有关,因此通过使用顺序分析可以大大简化解释和诊断。

阶次分析只是对具有基频或谐波的分量的振幅的观察。它是一种典型的跟踪类型。还有其他类型的跟踪。例如,用户可以跟踪基于FFT的PSD频谱,固定频带或倍频程频带等; 所有这些都可以称为跟踪。通过CI阶次跟踪包,仪器可以:

  • 处理转速计信号并提供高保真RPM测量
  • 测量阶次光谱
  • 测量阶次跟踪
  • 测量RPM FFT频谱
  • 测量固定频带中的能量与RPM
  • 测量相对于转速表的顺序的幅度和相位。

阶次跟踪应用

阶次跟踪有几种不同的应用,以下给出的是一些讨论。

第一种应用,通常被称为向上运行/向下运行,是用来调查一台机器当在整个运行范围上运行的RPM是变化时的动态响应。这种情况, RPM范围可能非常大,从一个很小的 RPM 到 10,000 RPM。这些测试是在汽车或飞机发动机运行,以及当调试全新或翻新的固定加工设备时。测量可以是任何物理量如声音,位移,速度,加速度,转矩等。测量分析可以是振幅或阶次的功率,一个固定频带上的能量,一个倍频程滤波器的容量等等。这种类型的测量中最重要的结果是相对于RPM的响应的幅度。

第二应用是在机器执行其正常的任务时,监测测量机器的位移,速度,加速度,压力,电流或声音。该仪器测量指定阶次的振幅和其相对于参考转速计的输入信号的相位。相位计算相对于转速计输入或单独的参考输入。这个应用是普遍用于设备诊断和平衡。这种情况下,操作中的RPM是相对稳定的。阶次跟踪技术对增加阶次估算精度是有用的。

阶次跟踪信号的相位对在向上运行/向下运行期间旋转机械的研究非常有用。这是常常用“波特图”呈现,用来表达共振/激励交叉点是有用的。波特图是从控制理论借用一个概念;它在一个不断变化的转速范围内可同时提供振幅和相位数据(即向上运行/向下运行)。一些的设置信息取决于转速的变化率。向上运行或向下滑行可以采取到从几分钟到几个小时的任何地方(如用于在涡轮机的冷启动)。

CoCo-80X 动态信号分析仪包括测量基于RPM的声学音阶分析和声级的能力。该功能类似于阶次分析,除了频谱以A,B,C或Z频率加权的倍频程段记录。此功能包含在声学分析和声级计CSA模板中,而不是阶次分析模板。

阶次跟踪和阶次频谱

旋转速度的知识允许在角度和顺序域上显示测量结果,与时间和频率域相对应。一阶是频率规格化的频率,例如轴频率。这就意味着,在有序频谱中,振动分量的顺序表明了每轴旋转的振动周期数。用EUpk、EUrms或EUrms2来测量的数量级,是通过跟踪滤波器获得的测量值,该滤波器的中心频率位于这个频率上。对一系列阶次的多重测量将构造一个所谓的有序光谱。一阶功率谱测量给出了信号的振幅或功率的定量描述。它提供了一个很好的视图信号的所有顺序组件。这可以帮助您找到重要的阶次,并比较不同阶次组件的级别。

执行旋转相干采样,锁相乘法器和数字重采样有两种方法。锁相频率乘法器主要用于早期工作。它们基于旋转参考信号产生采样脉冲。这些采样脉冲控制采样过程。注意,采样频率将取决于转速,因此需要可调节的抗混叠滤波器。这使得方法相当复杂。在数字重采样技术中,时间信号通常与一些旋转参考信号一起采样。然后通过插值技术将时间信号数字重采样到角域。旋转参考信号可以用转速计或增量脉冲编码器获取。下图显示了在启动过程中角度数据重新采样如何用于分析发动机的振动。一旦信号已经被转换成其角域,则可以应用FFT来分析振动的阶谱。

阶次跟踪分析 1

同步采样数据(采样速率由瞬时转速和所需分析频率范围决定)

芯片信号的角度数据重采样

图中显示采样速率将由瞬时转速和所需分析频率范围决定。在CoCo-80X动态信号分析仪中,通过结合数字重采样,数据抽取和内插,DFT和FFT计算的专有技术来计算阶次跟踪和阶次频谱。可以通过阶次跟踪计算产生三个测量值:图一中显示的“阶次频谱”,图二中显示阶次跟踪图,图三显示“3D RPM阶次频谱”。3D RPM阶次频谱只是其他两种测量类型的三维视图。另一种可视化这些类型图的方式是,阶次光谱是沿着固定RPM值的3D图的横截面,而阶次跟踪是固定阶次的横截面。他们的关系是:

阶次跟踪分析 2

图一 典型阶次谱

阶次跟踪分析 3

 图二 典型阶次跟踪

 

阶次跟踪分析 4

图三 典型3D有序阶次瀑布图