Analisador de Vibrações – modo de funcionamento 3

1. Analisador de Vibrações Analisador de Vibrações – – modo de funcionamento modo de funcionamento III III 5. A implementação de janelas na forma de onda (windows), num analisador de vibrações www.dmc.pt

2. Sobre a Sobre a DMC equipamentos e serviços de manutenção preditiva equipamentos e serviços de manutenção preditiva DMC e a e a D4VIB D4VIB Adaptamo Adaptamo- -nos às suas necessidades ! suas necessidades ! nos às Apoio técnico Apoio técnico Relatórios Relatórios Medições Medições Implementação Implementação Formação Formação Hardware Hardware Software Software

3. Conteúdo do curso Conteúdo do curso 1. Compreender a relação entre tempo e frequência num analisador de vibrações 2. Amostragem e digitalização num analisador de vibrações 3. O que é o Aliasing num analisador de vibrações 4. A implementação do zoom num analisador de vibrações 5. A implementação de janelas na forma de onda (windows) num analisador de vibrações 6. As médias num analisador de vibrações 7. Largura de banda em tempo real nos analisadores de vibrações 8. Processamento em sobreposição (“overlap”) 9. Seguimento de ordens 10. Análise do envelope 11. Funções de dois canais

4. Conteúdo desta apresentação Conteúdo desta apresentação 5) A implementação de janelas na forma de onda (windows) num analisador de vibrações

5. Tecnologias preditivas Vibrações Medição de tensão em veios Emissão acústica Análise de motores elétricos Termografia Ultrassons

6. Tecnologias corretivas Equilibragem no local Alinhamento de veios Proteção de rolamentos Calibração de cadeias de monitorização de vibrações

7. A necessidade de janelas (windows) • Há outra propriedade da Transformada Rápida de Fourier que afeta seu uso na análise de domínio de frequência. • Lembre-se que o FFT calcula o espectro de frequência a partir de um bloco de amostras da entrada chamado um bloco de tempo. • Além disso, o algoritmo FFT baseia-se na suposição de que esse bloco de tempo é repetido ao longo do tempo, como ilustrado na Figura. Princípio do FFT - Bloco de tempo/ forma de onda repetida ao longo do tempo

8. Sinal de entrada periódico no bloco de tempo • Isto não causa um problema com o caso transitório mostrado. • Mas o que acontece caso se esteja a medir um sinal contínuo como uma onda de um seno? • Se o registo de tempo contém um número inteiro de ciclos da onda de entrada do seno, então esta suposição corresponde exatamente à forma de onda de entrada real, como mostrado na Figura. • Neste caso, a forma de onda de entrada é dita ser periódica no registo de tempo.

9. Sinal de entrada não periódico no bloco de tempo. • A Figura demonstra a dificuldade com esta suposição quando a entrada não é periódica no registo de tempo. • O algoritmo FFT é calculado com base na forma de onda altamente distorcida na Figura c). • Sabe-se que a entrada real da onda de seno tem um espectro de frequência de linha única. • O espectro da entrada assumida pelo FFT na Figura c) é muito diferente. • Uma vez que fenómenos abruptos num domínio estão espalhados no outro domínio, seria de esperar que o espectro da onda de seno estivesse espalhado através do domínio de frequência.

10. a) e b) Onda sinusoidal periódica no bloco de tempo • Na Figura vê-se numa medida real que estas considerações estão corretas. • Nas Figuras 26 a & b, vê-se uma onda de seno que é periódica no registo de tempo. • O seu espectro de frequência é uma única linha cuja largura é determinada apenas pela resolução do nosso Analisador de Vibrações. • Por outro lado, as Figuras c) e d) mostram uma onda seno que que não é periódica no registo de tempo. • A sua energia foi espalhada por todo o espectro, como se previu

11. Fuga (leakage). • Esta espalhamento de energia, em todos os domínios de frequência, é um fenómeno conhecido como fuga (leakage). • Vêm-se fugas de energia de uma linha do espetro FFT, para todas as outras linhas. • É importante perceber que as fugas de energia são devida ao fato de se ter um bloco de tempo finito. • É óbvio, a partir da observação da Figura, que o problema do fugas é suficientemente grave para mascarar totalmente pequenos sinais, perto das ondas sinusoidais de maior dimensão. • Nestas circunstâncias, o algoritmo de cálculo do espetro de frequência FFT não proporcionaria um analisador de vibrações útil. • A solução para este problema, é conhecida como “janelas”.

12. O que são as “janelas” de análise de espetro de frequência de vibrações? O que são as “janelas” de análise de espetro de frequência de vibrações? • Na Figura reproduz-se novamente a forma de onda de entrada assumida de uma onda de seno que que não é periódica no bloco de tempo. • Observe-se que a maior parte do problema parece estar em ambos os lados do bloco de tempo; o centro é uma onda de seno bem representada. • Se o FFT pudesse ignorar as extremidades e concentrar-se no meio do bloco de tempo, esperar-se-ia ficar muito mais perto do correto espectro de linha única, no domínio da frequência. • Se multiplicarmos o registo de tempo por uma função que é zero nas extremidades, do bloco de tempo e grande no meio, concentraríamos o FFT no meio do bloco de tempo. • Uma dessas funções é mostrada na Figura c. • Tais funções são chamadas de “funções da janela” porque forçam a olhar dados através de uma estreita janela.

13. Redução de fugas com utilização de janelas no bloco de tempo • A Figura 28 mostra a grande melhoria que se obteve por aplicar janelas a dados que não são periódicos no bloco de tempo. No entanto, é importante perceber que se adulterou os dados de entrada e não podemos esperar resultados perfeitos. A Figura mostra que os dados com janelas não têm um espectro com uma linha tão estreita, quanto uma função, sem janela, que é periódica no bloco de tempo. • • c) Resultados do FFT com uma função de janela a) Onda sinusoidal não periódica dentro do bloco de amostras de tempo b) FFT resultante, sem função de janela

14. A janela Hanning Medição fugas - entrada periódica bloco tempo sem • Existem muitas funções que podem ser usada para implementar janelas nas amostras na forma de onda, mas a mais comum é designada de Hanning. • A janela Hanning foi utilizada no slide anterior como exemplo de redução de fugas com janelas. • A janela de Hanning também é normalmente usada ao medir vibrações com ruído aleatório, como sejam o caso de vibrações estacionárias nas máquinas. no de Medição janela não periódica no bloco de tempo com - entrada

15. A função de janela Hanning perde informação de eventos transitórios. • Suponha-se que em vez de querer o espectro de frequência de um sinal contínuo, gostaríamos de obter um espectro de um evento transitório. • Um transitório típico é mostrado na Figura a). • Caso se multiplique pela função da janela na figura b) obtém-se o sinal altamente distorcido mostrado na figura c).

16. Espectros de vibrações transientes, com e sem janela Hanning. • O espectro de frequência de um transitório real com e sem a janela de Hanning é mostrado na Figura. • A janela de Hanning tornou o transiente, que naturalmente tem a energia espalhada extensamente através do domínio da frequência e fê-lo parecer mais como uma onda do seno. • Portanto, podemos ver que para os fenómenos transitórios não se deve usar a janela de Hanning. b) Espetro de vibração transitória com aplicação de janela Hanning a) Espetro de vibração transitória sem aplicação de janela

17. A janela uniforme (também designada de rectangular) • Portanto, pode-se ver que para os fenómenos transitórios, não se deve usar a janela Hanning. • Devem-se de usar todos os dados no bloco de tempo de forma igual ou uniforme. • Daqui se usar a janela uniforme que pondera todo o registo do tempo uniformemente. • Observe que o transitório tem a propriedade de ter o valor de zero no início e no final do bloco de tempo. • Lembre-se que se introduziu janelas para forçar a entrada a ser zero nas extremidades do bloco de tempo. • Neste caso, não há nenhuma necessidade para usar a janela na entrada.

18. A janela de topo plano “Flat Top” • Agora é necessário introduzir uma terceira função de janela, a janela de topo plano, para evitar um efeito sutil da janela de Hanning. • Para se entender esse efeito, é preciso olhar para a janela de Hanning no domínio de frequência. • Lembrar que o FFT age como um conjunto de filtros paralelos. • A figura mostra a forma daqueles filtros quando a janela de Hanning é usada. • Observe-se que a função Hanning dá ao filtro um topo muito arredondado. • Se uma componente do sinal de entrada é centrado no filtro será medido com precisão. • Caso contrário, a forma do filtro irá atenuar o componente em até 1,5 dB (16%) quando cai ao meio entre os filtros.

19. Forma da janela de topo plano • Este erro é inaceitavelmente grande quando se está a tentar medir a amplitude de um sinal com precisão. • A solução é escolher uma função da janela que dê ao filtro um topo mais plano. • Esta forma de topo mais plano é mostrada na Figura. • O erro de amplitude dessa função da janela não excede 0,1 dB (1%), uma melhoria de 1,4 dB.

20. Resolução reduzida da janela de topo plano • A melhoria da exatidão não vem sem seu preço. • A figura mostra que se achatou a parte superior da janela em detrimento de alargar as saias do filtro. • Por isso, perdemos alguma capacidade de resolução e observar uma pequena componente, perto de uma grande. • Alguns analisadores de vibrações oferecem comandos e funções da janela “flat-top”, de modo a que o utilizador possa escolher entre a exatidão acrescida para um trabalho de equilibragem, por exemplo, ou a resolução melhorada em frequência da janela “Hanning”.

21. Ensaio de impacto - as janelas da força e da resposta • Para estimular uma estrutura para determinação de frequências naturais e medição de resposta em frequência, é frequentemente utilizado um martelo equipado com um transdutor de força. Normalmente, a entrada de força está ligada a um canal do analisador e a resposta da estrutura de outro transdutor está ligada a outro canal. Para garantir que a resposta vai a zero até ao final do bloco de tempo, às vezes é adicionada uma janela exponencial pondera chamada janela de resposta. A Figura 36 mostra uma janela de resposta, agindo sobre a resposta de uma estrutura levemente amortecida, que não decaiu totalmente até o final do bloco de tempo. Observe-se que, ao contrário da janela de Hanning, o valor da janela de resposta não é zero em ambas as extremidades do bloco de tempo. Sabe-se que a resposta da estrutura será zero no início do bloco de tempo (antes do golpe de martelo) para que não haja necessidade de a função de janela ter ai o valor de zero. Além disso, sabendo que a maioria da informação sobre a resposta estrutural está contida no início do bloco de tempo, então é necessário garantir que esta zona seja mais ponderada, pela função de janela da resposta. • • • • • Utilização da janela da resposta exponencial •

22. Utilização da janela da Utilização da janela da força força • O bloco de tempo da força excitadora, deve ser apenas o impacto com a estrutura. • No entanto, o movimento do martelo antes e depois de bater na estrutura, pode causar ruído no bloco de tempo. • Uma maneira de evitar isto é usar uma janela de força como mostrada na Figura 3. • A janela de força é igual à unidade, onde os dados de impacto são válidos e zero em todos os outros lugares, para que o analisador não meça nenhum ruído, que possa estar presente.

23. Sistemas de monitorização permanente Sistemas de monitorização permanente Sistemas protetivos e preditivos Sistemas protetivos e preditivos Ex Ex Transmissores de vibrações Transmissores de vibrações Monitorização permanente de vibrações Monitorização permanente de vibrações Sistemas wireless Sistemas wireless Análise da assinatura de motores elétricos pela técnica do Análise da assinatura de motores elétricos pela técnica do MCM MCM Meggitt Vibro-Meter®

24. Equipamentos portáteis Equipamentos portáteis • Vibrometros • Analisadores de vibrações • Coletores de dados • Medidores de ultrassons • Sensores de vibrações

25. Pode ver um artigo sobre este tema neste link Analisador de vibrações www.DMC.com

26. PROGRAMA DE FORMAÇÃO 2020 Para mais informações ver www.dmc.pt

27. OBRIGADO Esperamos que esta apresentação tenho sido interessante