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FFTスペクトラムアナライザ

高速フーリエ変換による振動と
周波数の解析

DEWESoftのFFTスペクトラムアナライザにはすべてがあります。最高のパフォーマンス。無制限の入力チャネルでのリアルタイムFFT解析。高度なカーソルやマーカ機能。自由に選択できる高いライン解像度。柔軟な平均化。詳細な周波数解析のための高度な機能。そしていつも通り、シンプルな構成と直感的なユーザインタフェースが機能セットを完成させています。

FFTスペクトラムアナライザの概要・性能・柔軟性

DEWESoftのFFTスペクトラムアナライザは、高度な平均化、選択可能な分解能(64.000ライン以上)、帯域幅の直接指定(0.01Hzなど)など、スペクトル周波数解析のための主要機能を備えています。複数のチャネルを1台のFFTアナライザでリアルタイムに表示および解析可能。FFTデータの比較も簡単にできます。

DEWESoftのFFTアナライザは、計測中にリアルタイムで直接オンライン周波数スペクトル解析を行うことも、保存されたデータをオフラインで周波数解析することもできます。

左のビデオで概要をご覧いただき、当社のスペクトラムアナライザが高性能で柔軟なスペクトラムアナライザである理由を確認してください。

FFT解析アプリケーションの概要

FFT解析は、1 つ以上のアプリケーション領域にわたって信号解析を実行する際に、最もよく使用される手法の 1 つです。FFTは信号を時間領域から周波数領域に変換します。FFTは高速フーリエ変換の略称です。

FFT解析を使用すると、時間領域のデータを検査する場合よりもはるかに多くの信号特性を調べることができます。周波数領域では信号特性は独立した周波数成分によって記述され、時間領域ではすべての特性の合計を含む1つの波形によって記述されます。

FFTアナライザのアプリケーション FFT 解析の実際の使用例

周波数領域での計測データの検査は、多くの場合、信号の解析やモニタリングの主要な部分です。さまざまなセンサからのデータは、問題解決,設計の最適化,プロトタイプのテスト,機械の監視,その他以下に挙げるような多くの仕事をするために、ほぼすべての業界で使用されています。

  • 機械のヘルスモニタリング
  • 構造ダイナミクス解析
  • 耐久性試験
  • 疲労解析
  • 回転機械および回転機器の解析
  • ベアリングの故障検出
  • オーダートラッキング解析
  • ねじり振動と回転振動の解析
  • 燃焼解析
  • 人体振動試験
  • 室内音響,スピーカ設計,環境騒音分析
  • ブレーキノイズ試験
  • 機械的衝撃反応試験,落下試験,衝撃試験

FFTスペクトラムアナライザハードウェア振動計およびセンサ

DEWESoftは、データを記録し、リアルタイムでFFT解析を実行できるあらゆるタイプのセンサを接続するためのシグナルコンディショナを備えた柔軟なデータ収録システムを提供しています。IEPE/ICP®,MEMS,チャージ型加速度計,ひずみゲージ,マイク,タコセンサ,エンコーダ,その他のセンサを接続するためのアンプを用意しています。

DEWESoftのFFT アナライザは、さまざまな構成で利用できます。

  • ポータブル,オールインワン振動解析装置: ディスプレイ,キーボード,処理コンピュータ,SSDデータロガー,バッテリ電源を内蔵したFFTアナライザ
  • シングルまたはマルチチャネルFFTアナライザ:任意の数の入力チャネルを構成し、リアルタイムでFFT解析を実行
  • ラック対応FFTシステム:多チャネルシステムおよび構造ダイナミクスアプリケーション向けに、19インチのラックマウント可能なDAQシステムを提供しています
  • PC接続ベンチトップFFTシステム:当社のベンチトップFFTアナライザは、USBまたはイーサネット接続でPCコンピュータに簡単に接続できます。最小のSIRIUS miniから各8チャネルの相互接続可能なモジュールまで、さまざまな機種をご用意しています。

Dewesoft FFTアナライザの一般的な構成

■基本的な4チャネル振動FFTアナライザ

  • SIRIUS Mini 3xACC、1xACC+データ収録システム
  • 最大4個の1軸または1個の3軸IEPE/ICP®加速度センサ
  • マイク(1x~4x)
  • 1x タコ

■標準8チャネル振動 FFTアナライザ

  • SIRIUS デュアルコアADC 6xACC, 2xACC+ DAQシステム
  • 最大8個の1軸または2個の3軸IEPE/ICP®加速度センサ
  • マイク (1~8)
  • タコセンサ (1~2)

■ポータブル8~16 チャネル振動FFTアナライザ

  • SIRIUSディアルコアADC 6xACC、2xACC+シグナルコンディショニング
    スライスを備えた SIRIUS R1DB または R2DB DAQ システム
  • 最大16個の1軸または5個の3軸IEPE/ICP®加速度センサ
  • マイク (1~16)
  • タコ (1~4)
  • 内蔵コンピュータとSSDデータロガー
  • 内蔵ディスプレイとキーボード
  • チウムイオン電池駆動)

■高度な振動 FFT アナライザ

  • デイジーチェン接続されたSIRIUSモジュラースライスまたは高チャネルSIRIUSラックソリューションの構成で、100以上のIEPEまたは充電チャネル

FFT解析ソフトウェアの構成とセットアップ

DewesoftX FFTアナライザモジュールでは、計算前にいくつかのパラメータを設定できます。

  • 出力チャネル - 複素数,振幅,全体RMS,およびユーザー定義周波数範囲の総合RMS
  • 計算タイプ - フリー,ブロック履歴,全体
  • ウィンドウ - 長方形,ハニング,ハミング,フラットトップ,三角,ブラックマン,指数ダウン,トランジェント,ブラックマンハリス
  • 解像度 - 最大64kライン
  • 振幅タイプ - ピーク,ピーク-ピーク,RMS,PSD,パワー,ESD,ASD
  • DCカットオフ - DCまたは低周波成分の除去
  • オーバーラップ - 既に計算された時間信号のパーセンテージを定義し、再度計算に使用
  • 重み付け - 出力量を加速度から変位などに変換し、周波数領域(A,B,C,D)で音の重み付けを計算
  • 平均化タイプ - 線形,指数関数,ピークホールド

カーソルとマーカ 多目的周波数カーソル機能

DEWESoftのFFTアナライザは、異なるパラメータを自動検出するために複数の処理マーカを設定できます。当社の周波数アナライザには、以下のマーカがあります。

  • フリーマーカ: フリーマーカは自由に追加できます。マーカは選択したグラフ位置の軸位置と振幅を表示します。
  • 最大マーカ: 最大マーカは、スペクトル内の最大振幅を見つけます。
  • RMS マーカ: RMSマーカは、選択された帯域内のすべてのFFTラインを合計しRMS値を計算します。
  • サイドバンドマーカ: サイドバンドマーカは、選択された中心線から左右の変調周波数を監視します。
  • 高調波マーカ: 基本周波数の高調波を表示し、信号の歪みや非線形性を調べるために使用できます。
  • ダンピングマーカ: ダンピングマーカはモーダル試験において、伝達曲線がどのように減衰しているかを調べたいときに使用するのに最適です。選択したピークの品質係数,減衰比,減衰率に興味がある場合に選択します。
  • デルタマーカ:マーカの2つの位置間のチャネル値の差を示します。
  • キネマティックマーカ: 高度なエンベロープ検出により、ベアリングの周波数と故障を特定します。キネマティックマーカは、計測中の故障検出を簡素化します。データベースで独自のベアリングセットを作成します。
  • ズームマーカ: チャネルの選択領域を簡単に拡大します。
  • ベクトルカットマーカ:スペクトルのユーザ定義領域を新しいチャネルとして出力します。
  • トリガマーカ: ユーザ定義のトリガレベルを関連信号が超えたかどうかに応じて 0 または 1 を出力します。

すべての処理マーカは、派生した演算チャネルとして機能し、保存して追加解析に使用できる新しいチャネルを作成します。

窓関数 スペクトル漏れの低減

窓関数は、スペクトル線の外側や間にある周波数成分によって引き起こされる「スペクトルの漏れ」を低減します。 DewesoftX FFT解析ソフトウェアは、いくつかの一般的で強力なウィンドウタイプの関数を提供します。

  • ハニング
  • ハミング
  • ブラックマン
  • 指数ダウン
  • フラットトップ
  • 長方形
  • ブラックマン・ハリス
  • 三角形
  • 過渡現象

エンベロープ検出によるベアリング故障検出

エンベロープ検出は、ボールベアリングの故障を早期に検出するための標準的な方法です。

ボールベアリングが故障すると、その固有振動数に対応した周波数のリンギングが発生します。ボールの損傷した部分がリングに当たったり、その逆が起きたりするたびに、この鳴動が繰り返されます。さらに内輪,外輪,保持器,ボールは,ベアリングの形状や回転周波数によって典型的な繰り返し周波数が異なります。

DewesoftXでは、軸受コンポーネントのデータは軸受データベースによって自動的に管理されます。エンベロープ検出と軸受データベースを使用することで、特定の軸受コンポーネントに関連する重要な周波数成分をピンポイントで簡単に特定でき、ネマティックカーソルを使用できるようになります。

STFT 短時間フーリエ変換

短時間フーリエ変換(STFT)は、非定常信号を解析するための信号処理技術としてよく知られています。STFTは、信号を狭い時間間隔に分割し、各区間のフーリエ変換を実行します。

信号が急速に変化する場合、周波数スペクトルを計算する時間は短時間しかありません。しかし依然として優れた周波数分解能が必要であり、STFTがその解決策です。STFTを使用するとFFTと比較して、同じ時間枠内でより優れた周波数分解能を達成できます。

フルスペクトル演算 両側フーリエ変換

フルスペクトラム変換(別名 "両側フーリエ")は、複素入力信号を時間領域から複素周波数領域に変換します。入力信号は複素同期データ(実数および虚数)でなければなりません。実数部と虚数部は通常、X軸とY軸に沿って設置された2つの近接プローブから収録されます。 従来のスペクトル計算では、回転シャフト上の個々の周波数成分の運動方向に関する情報は得られませんが、フルスペクトルではそのギャップを埋めることができます。

フルスペクトラムは、信号変調,信号復調,ローター回転解析に使用されます。

フルスペクトル変換は以下に対して実行できます。

  • 単一値またはブロック履歴
  • ウィンドウ
  • オーバーラップとDCカットオフ

ケプストラム解析による振動の特徴の特定

ケプストラム解析計算は、音声解析の特性の特定や、ギアボックスやベアリング周波数などの振動シグネチャの解析を強化したりすることができます。DewesoftX は、ミラースペクトル,低周波,高周波の出力を提供します。

DewesoftX ケプストラム演算では、次のような設定が可能です。

  • ブロックサイズの選択
  • ウィンドウ処理
  • リフティング
  • オーバーラップと平均化

右の動画は、セプストラム演算をマイク入力信号に対して使用し、スピーカーの名前を決定している様子を示しています。

クロススペクトルと自動スペクトル

FFT解析で一般的に使用されるのは、個々の入力チャネルから求めたパワースペクトル(オートスペクトル)です。相関関係や位相関係の解析に複数のチャネルにわたる特性が必要な場合は、クロスパワースペクトルが使用されます。

クロススペクトルでは基準チャネルが選択され、そのチャネルを基準にすべてのチャネルのクロススペクトルが計算されます。

PSD パワースペクトル密度

パワースペクトル密度(PSD)は、周波数に対する信号のパワーコンテンツの尺度です。

PSDは通常、広帯域ランダム信号の特徴付けに使用されます。PSDの振幅は周波数分解能によって正規化されます。

 

振動モニタリングと機械の状態監視

DEWESoftは長期的な振動や機械の状態監視のための優れたツールも提供しています。 どのような故障を検出できるのでしょうか?

  • ベアリングの不具合
  • オーバーヒート
  • シャフトのアンバランス
  • 取り外し式マウント
  • ギヤ歯の不具合
  • 荷重のずれ
  • ステータ偏心
  • その他の機械の致命的な故障

Historianソフトウェアパッケージは、長期的なデータ保存用の時系列データベースを提供します。データベースは、ローカル、リモートサーバ、クラウドのいずれかに配置できます。 このソリューションはInfluxDB時系列データベースに基づいています。Historianは履歴データに対していくつかの機能を提供します。

  • 生データと縮小データ:生データは常に詳細な解析のために計測ユニットに保存されますが、Historianはクラウドデータベースに長期的に縮小データを保存する役割を果たします。
  • データの安全性と再送信:計測ハードウェアとデータベース間の接続が失われた場合、データは計測ユニットのローカルに安全に保存され、接続が可能になったときにデータベースに再送信されます。
  • トレンドと解析: 履歴データはHistorianデータベースからいつでも呼び出してダウンロードすることができ、傾向解析だけでなく詳細な解析や根本原因の特定にも使用できます。

サウンド スペクトラム アナライザ その他の音響解析オプション

DEWESoftのFFTアナライザは、音響スペクトル解析のためのサウンド&ノイズアプリケーションにも使用できます。IEPEマイクのサポートにより、音響計測が簡単になります。

また、FFT解析機能は以下のような他の音響モジュールと自由に組み合わせることができます。

  • クラス1騒音計
  • サウンドインテンシティ計測
  • サウンドパワー計測
  • 音質計測

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