Измерительное и лабораторное
оборудование из Японии
Что такое БПФ-анализатор и для чего он нужен?

Полезное

Что такое БПФ-анализатор и для чего он нужен?
10.11.2016
Что такое БПФ-анализатор и для чего он нужен?

Что такое БПФ?
Преобразование Фурье открыл французский математик и ученый Фурье, естественным образом развив свою теорию ряда Фурье. Эта теория утверждает, что любая, даже самая сложная форма волны, может быть выражена в виде серии из двух или более простых синусоидальных и косинусоидальных волн, если она составлена из одних и тех же повторяющихся волн. Математическое выражение этой теории называется преобразованием Фурье и предусматривает расширение ряда Фурьеот -? до +?. Не всегда ясно, до какой степени сигнал действительно поддается измерению и определению как периодический, особенно если форма волны определяется до бесконечности, поскольку становится все слабее и слабее. Соответственно, как правило, часть наблюдаемой волны вырезается и преобразование выполняется с этой частью (предполагая, что схема непрерывно повторяется). Первоначально расчет преобразования Фурье требовал огромного количества операций умножения. Однако, Дж. В. Кули и Дж. В. Таки предложили метод вычисления, который сокращает количество отдельных операций благодаря тому, что за количество элементов данных берется 2n . Если предполагается, что количество элементов данных равно 1024, количество умножений, то есть 1024 x 102 1048576, сокращается до 10240. Этот метод называется быстрым преобразованием Фурье и часто сокращается в БПФ.


Вычисление БПФ ясно демонстрирует, как определяются коэффициенты рядом Фурье (коэффициенты Фурье). Анализатор БПФ сохраняет входящий сигнал формы волны в виде данных методом цифрового (дискретного) отбора образцов, быстро определяет коэффициенты Фурье с использованием БПФ и отображает результаты анализа. Поскольку в основном сюда входит преобразование сигнала в простые частоты через выражение значений компонентов частоты (спектра), анализатор БПФ иначе называют анализатором частоты или спектра. Например, анализ звука "A"(произносимого как "aah") с использованием анализатора дает спектральные волны, изображенные на рис. 1 -1, где частота формы звуковой волны f указана по оси X, а амплитуда r – по оси Y. Эти спектральные формы волны показывают, что звук "A" состоит из волн с частотами f1, f2, f3.....,fn, а их амплитуды - r1,r2,r3,......,rn. Иначе говоря, на этом графике изображена комбинация волн с частотами f1,f2,f3......,fn и амплитудами r1,r2,r3,......,rn, которые вместе образуют звуковую волну "A".

На рисунке изображены измеренные длины волн по времени и спектр звука  "A". На нижнем графике показаны формы волн по времени, на верхнем – спектральные формы волн. Частоты, которые выглядят в левой части спектральных форм как пики, соответствуют f1,f2,f3,....,fn. Теперь давайте рассмотрим БПФ на более ярких примерах.

 

 

2. Зачем нужен БПФ-анализатор?
Рассмотрим формы волн вибрации реальной установки. Установим на подшипник датчик ускорения, как показано на рисунке, и проследим за формами волн на графике. Сводная схема с временной осью получается примерно так же, как и в случае со звуком «А».

Зачем нужно использовать анализатор БПФ при анализе частоты (например, при наблюдении частоты форм волн)? Сводную схему с вышеприведенного рисунка можно рассматривать как комбинированную форму волны вибрации в каждом положении установки.

На следующем рисунке находится концептуальная схема, демонстрирующая взаимосвязь между результатом анализа составных волн вибрации данного поворотного механизма, выполненного с помощью анализатора БПФ, и положениями источников вибрации.


Частоты, соответствующие вибрации в каждом положении, выводятся из конструкции установки. В прошлом при обслуживании и контроле работы предприятия и диагностике аномалий измерялась вибрация в целом, то есть общее значение согласно показаниям виброметра. Однако, поскольку это общее значение позволяет различить только сильную или слабую вибрацию, реальное положение аномалии обнаружить было нельзя.


Наблюдая за частотой формы волны с использованием осциллоскопа (во временном интервале) можно увидеть, что со временем формы меняются (ось времени), но причину изменения сложно определить. Причину и положение аномалии невозможно было обнаружить, пока данные анализа частоты, полученные с помощью БПФ, не дали нам возможность исследовать степень изменения на конкретном уровне частоты и частоты, идущие с определенного положения.  На ранней стадии возникновения неполадки и при небольших аномалиях общее значение по временной оси формы волны демонстрирует очень небольшое изменение, по которому трудно обнаружить дефект. Анализ частоты (наблюдение за формой волны во временном интервале) позволяет обнаружить даже самые незначительные аномалии.


В дополнение к контролю работы предприятия и диагностике неполадок с использованием анализа вибраций анализ частоты теперь используется и в других областях, например, для анализа тишины и шума от офисного оборудования, поиска причины шума и возможных мер по его устранению.


Необходима помощь с подбором?

Звоните! +7 499 237 18 82

Заказать обратный звонок
оставить заявку