技术报告比率分析和跟踪分析1

对于发动机、压缩机等转速范围从低转速到高转速较大的旋转机来说，构成该旋转机的各部件(旋转轴、齿轮、支架等部件)的固有频率与转速的共振是最重要的问题。在大型发电机等的扭转振动的情况下，共振产生超过允许应力的大的激励能量，可能成为导致破坏的重大事故。另外，在振动噪音对策中，我想知道旋转机器在什么旋转速度下振动和噪音变大，振动和噪音是由构成旋转机器的哪个组件产生的。“将每1次旋转为1个周期发生1次的现象定义为旋转1次分量，其n倍定义为旋转n次分量，将X轴作为次数，Y轴作为次数分量的振动噪声的大小表示“旋转次数比分析””和““旋转跟踪分析”分析关注的阶数分量的振动噪声大小如何随旋转速度的上升或下降而变化”通常用作调查此类事物的方法。请注意，在某些情况下，与旋转相比，阶数与阶数是相同的。

下图1是显示“频率分析”、“转数比分析” (以下称为阶比分析) 和“旋转-跟踪分析” (以下称为跟踪分析) 之间关系的概念图，“频率分析”、“转数比分析” (以下称为阶比分析) 是在转速每增加50 r/min时进行测量的三维表示。在频率分析的三维显示数据中，X轴变为频率 (Hz)，同一阶数的成分随着旋转上升出现在斜向右上升的线上，但在阶数比分析中，X轴为阶数 (Order)，因此同一阶数的成分出现在纵向。这是转速上升时频率分析和阶比分析之间的主要区别。此外，跟踪分析从每个数据中提取相同阶数的分量，并将X轴上的旋转速度和Y轴上的阶数分量表示出来。这使您可以看到关注度分量如何随着转速的增加而变化。也就是说，当转速接近元件的谐振频率时，关注度分量的振动将逐渐增加，当与谐振点重合时，所得到的数据将最大，而当转速超过谐振点时，所得到的数据将逐渐减少。通过这些数据，可以很容易地确认元件的共振状态。跟踪分析主要包括“恒比跟踪”和“恒宽跟踪”。下面从次数比分析和频率分析的关系来说明差异

。

它显示了将转速从850 r/min旋转上升，每上升50 r/min测量的频率分析和旋转次数比分析的三维显示，以及根据该数据对一次分量进行旋转跟踪分析的情况。

度比分析是恒比度跟踪的基础数据。

频率分析使用频率范围2.56倍的采样时钟对输入信号进行采样，采样时钟来自FFT分析器内部的晶体振荡器。使用该采样方法分析转速变化的旋转体的振动和噪声时，由于采样时钟的频率是恒定的，因此当旋转一圈的时间发生变化时 (转速不同时)，每转的采样数会发生变化 (见下图2) 。

另一方面，如果使用与转速同步的采样时钟 (例如，每1转64个脉冲的信号) 进行采样，则随着转速的变化，每1转的信号采样数不会改变 (见下图3) 。

当对以与转速同步的时钟采样的振动/噪声信号执行FFT时，X轴的单位是阶数 (顺序) 而不是频率 (Hz) 。然后，作为次数成分的功率谱表示的数据叫做旋转次数比分析数据。

旋转1次的成分是指基准规定的旋转轴的1次旋转为1周期的成分，旋转2次同样是1次旋转为2周期的成分。如果将阶数转换为频率，例如，以600 r/min旋转的旋转体的旋转1阶可以通过以下公式获得10 Hz。同样地，900 r/min是15 Hz。

正如您所看到的，主频率随着转速的变化而变化，但在阶数表示中，“每转一个周期的分量称为1阶”与转速无关。这是度比分析的重点。

接下来的两幅图显示了旋转速度和变化的彩色三维视图，第一幅图4显示了阶数比分析，在X轴上显示阶数，第二幅图5显示了正常频率分析(光谱的大小用颜色表示，蓝→黄→红色系表示越大的值。)。

在次数比分析中，如图4所示，由于X轴是次数，因此相同次数成分显示在纵向线上，但在频率分析的图5中，相同次数频率随着旋转速度的增加而增加，因此显示在斜向右上升的线上。如果你注意图中的黄红色，你可以看到它的样子。

对于正常频率分析，采样时钟频率是分析频率范围的2.56倍 (分析的最大频率) 。同样，对于阶比分析，采样时钟需要2.56倍于每转分析的最大阶数的脉冲。

我们的设备最大分析阶数为 6.25/12.5/25/50/100/200/400/800，因此采样数是其 2.56 倍，如下表所示。我们的跟踪分析功能会根据设定的最大分析阶数自动调整所需的采样脉冲数，只需设置转速传感器每转输出的脉冲数（例如，1 P/R）即可。如前所述，这些采样脉冲与旋转同步。

当分析数据长度为1024点时，内部采样时钟频率分析的频率分辨率为设定频率范围的1/400,当分析数据长度为2048点时，频率分辨率为1/800。例如，如果频率范围设置为1 kHz,则1000/400=2.5 Hz (分析数据长度为1024)，并且可以每2.5 Hz读取光谱。而在使用与旋转同步的外部采样时钟进行阶比分析时，最大分析阶与阶分辨率之间的关系如下:。

阶数分辨率与旋转速度无关，可通过上式 (1) 求出。接下来，让我们考虑将次数分辨率转换为频率。

例如，如果分析数据长度为1024个点，最大分析阶数为100阶，则将阶数分辨率换算为频率后，分辨率与旋转速度成正比变化，转速为600 r/min时为2.5 Hz,转速为6000 r/min时为25 Hz,如下所示。以度为单位考虑度分辨率时，如上式 (1) 所示，与旋转速度无关，它是恒定的，但转换为频率单位时，它与旋转速度成比例，如下式 (2) (3) 所示。因此，度比分析被称为“恒比”。另一方面，频率分析的频率分辨率是恒定的，与旋转速度无关，因此称为“恒宽”。

次数分辨率到频率的换算公式

与频率分析一样，阶数比分析也可能会导致失真。有关锯齿的信息，请参阅下面的备注。

考虑此锯齿现象。现在，假设要分析的最大阶数为M,旋转速度为N r/min,最大阶数的频率f _x可以通过以下公式 (4) 获得。在外部采样模式中，自动将采样频率f _s设置为最大频率f _x的2.56倍。此时，抗锯齿光通滤波器 (数字滤波器) 也与采样频率一起应用，因此通常不会发生锯齿。

假设抗锯齿光通滤镜是固定的，而不是与采样频率相关。假设低通滤波器的截止频率为1000 Hz。例如，假设要分析的最大阶数为25阶，旋转体的旋转速度为2400 r/min,则根据下式求出25阶频率fx为1000 Hz,同样，f _s /2为1280 Hz。此时，1000 Hz或更高的分量将被低通滤波器切断，并且不会出现锯齿。

然后，假设低通滤波器的截止频率固定为1000 Hz,转速下降到1000 r/min,则25阶频率f _x的计算结果为416.7 Hz, f _s /2的计算结果为533.4 Hz。在这种情况下，533 Hz至1000 Hz (低通滤波器) 之间的分量会出现锯齿 (折返) 。因此，如果在该频带中存在诸如振动噪声之类的信号成分，则在将低通滤波器的截止频率设置为1000 Hz时会出现混叠现象。

因此，跟踪分析功能具有跟踪低通滤波器，当在改变旋转速度的同时执行分析时，滤波器的截止频率根据旋转速度而变化。

根据采样定理，对于信号的最高频率分量f _m，必须以2倍以上的采样频率进行采样，采样频率1/2的频率称为奈奎斯特频率。如果原始时间信号包含大于或等于奈奎斯特频率的频带f _m，则该频谱具有分量出现在绕f _s折回的频率位置。为避免这种情况，我们提供了抗混叠光通滤波器，可减少1/2 f _s或更高的信号。