對于旋轉(zhuǎn)機械，其振動和噪聲信號的頻率、幅度隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化。旋轉(zhuǎn)頻率被稱為基頻，而基頻的整數(shù)倍頻率稱為階次頻率。旋轉(zhuǎn)機械通常由軸承、齒輪、風葉等構(gòu)成，這些零部件發(fā)生振動時通常振動頻率是旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍，與階次相對應(yīng)。因此，從階次譜可以分析出那個機械零件存在異常。
階次分析需要一個轉(zhuǎn)速通道，一個或多個噪聲、振動通道。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，分析不同轉(zhuǎn)速時的噪聲、振動頻譜，生成轉(zhuǎn)速、頻率、幅度的色譜圖，從中提取階次譜。根據(jù)機械結(jié)構(gòu)，選取關(guān)鍵階次，一般以總值為參考進行限值，可對關(guān)鍵零部件進行質(zhì)量狀況評估、控制。
轉(zhuǎn)速提取是階次分析的關(guān)鍵，必須保證轉(zhuǎn)速信號與頻譜分析信號的同步。AWA6290L/L+采集硬件,自帶脈沖輸入通道，內(nèi)置轉(zhuǎn)速算法，實時計算轉(zhuǎn)速，并與原始噪聲、振動采集數(shù)據(jù)同步上傳，保證了轉(zhuǎn)速信號與噪聲信號的同步。
轉(zhuǎn)速傳感器包括光電型、霍爾型、振動信號、電源脈沖等，同時也支持汽車OBD等數(shù)字接口。如下圖從左到右分別是光電型、霍爾型傳感器和汽車OBD接口。
下表列舉了主要的轉(zhuǎn)速傳感器優(yōu)缺點及使用注意事項
類型 | 優(yōu)缺點 | 使用注意事項 |
光電 | 優(yōu)點:經(jīng)典、準確 缺點:要保證激光可以照射到轉(zhuǎn)子 | 1.提高轉(zhuǎn)子與采樣點的反光差，提高信噪比 2.低轉(zhuǎn)速測量時，可貼幾段發(fā)光帶，增加精度 |
霍爾 | 優(yōu)點:使用方便 缺點:外磁場干擾 | 注意霍爾傳感器的裝配距離及位置 |
振動 | 優(yōu)點:使用方便，適合看不到轉(zhuǎn)子的場合 缺點:易受到干擾，特別是復(fù)雜系統(tǒng) | 1.傳感器的敏感反向要與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向一致 2.選取轉(zhuǎn)子振動傳感明顯的區(qū)域取振 |
電源 | 優(yōu)點：提取簡單 缺點：易受干擾，穩(wěn)定性差 | 1.設(shè)置轉(zhuǎn)速上下限、脈沖閾值來降低測量誤差 2.通過給定轉(zhuǎn)速校準 |
OBD | 數(shù)字接口，提取簡單 缺點：同步性略差 | 支持ISO9141-2、ISO14230(KWP)、ISO15765等 支持大部分汽車現(xiàn)有obd接口 |
通過AWA6290脈沖輸入接口測量轉(zhuǎn)速時，脈沖幅值需大于3V；默認每12個脈沖計算一次轉(zhuǎn)速，當轉(zhuǎn)速較低時，可增加脈沖源來增加計算速度。在階次分析時，緩慢調(diào)速，可獲得更好的轉(zhuǎn)速與噪聲頻譜的對應(yīng)關(guān)系及轉(zhuǎn)速分辨率。
使用杭州愛測公司提供的光電、霍爾等轉(zhuǎn)速采集模塊，與AWA6290硬件配合，可實現(xiàn)多種模式轉(zhuǎn)速測量，滿足不同測量場合需要。
噪聲、振動信號和轉(zhuǎn)速信號在時域上同步采樣計算，根據(jù)轉(zhuǎn)速信號進行階次跟蹤，最終實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速的階次譜分析。
階次譜的主要表達方式有：瀑布圖、色譜圖和階次切片圖。
瀑布圖以時間、頻率、幅度三維坐標形式展現(xiàn)產(chǎn)品一段時間的頻譜變化色譜圖與瀑布圖類似，將幅度以顏色深淺方式顯示。
階次切片圖根據(jù)轉(zhuǎn)速信號，提取感興趣的階次以二維顯示，更方便的進行分析
階次在線判斷軟件為滿足生產(chǎn)線診斷應(yīng)用開發(fā)，可與第三方軟件通信，對zhi定階次做限值判斷，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械的在線診斷。
傳統(tǒng)的FFT分析方法對于穩(wěn)態(tài)信號有很好的判斷效果，能分辨出被測信號的頻率成分，確定故障原因；加入轉(zhuǎn)速信息，可與旋轉(zhuǎn)機械的結(jié)構(gòu)對應(yīng)，查找故障點；通過對升速、降速狀態(tài)的跟蹤，更清晰的將與轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻譜結(jié)構(gòu)與固定頻譜結(jié)構(gòu)區(qū)分開來。
階次分析方案已在汽車風機、總成，電機、發(fā)動機等旋轉(zhuǎn)機械領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)提供有力支持。
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