analisador de vibrações modo de funcionamento

Analisador de vibrações 2

Analisador de vibrações 2

De seguida, em analisador de vibrações 2, apresentamos o tema da amostragem e digitalização, num analisador. Assim, este artigo faz parte de uma série que explicam o modo de funcionamento de um analisador de vibrações.

Quando efetuamos a análise de vibrações, necessitamos de compreender o modo como funciona um analisador. Por isso, aqui apresentamos os conceitos de análise digital de sinal, implementados num analisador FFT. De forma a serem de fácil compreensão, são sempre apresentados do ponto de vista do utilizador.

Seguidamente, no link, podemos ver a gama de analisadores de vibrações fornecidos pela D4VIB.

Em seguida, apresentamos o conteúdo desta série de artigos.

  1. Qual é a relação entre tempo e frequência
  2. Como funciona a amostragem e digitalização 
  3. O que é o Aliasing e que efeitos tem
  4. Em que consiste o zoom e como se usa
  5. Como se usam as janelas na forma de onda 
  6. O que são e para que servem as médias 
  7. O que é e para que serve a largura de banda em tempo real 
  8. Para que serve o processamento em sobreposição (“overlap”)
  9. Em que consiste o seguimento de ordens
  10. O que é a análise do envelope
  11. As funções de dois canais no domínio da frequência
  12. O que é para que serve a Órbita
  13. Quais são as funções de um canal no domínio do tempo
  14. Em que consiste e para que serve o Cepstro
  15. Quais são as unidades e escalas do espetro

2 – A amostragem num analisador de vibrações

2.1 Como  é efetuada a digitalização no conversor analógico-digital (ADC)?

Como já foi referido, a entrada para um Analisador de Vibrações é um sinal elétrico gerado no sensor de vibrações. Por outro lado, para os cálculos, o FFT requer amostras digitalizadas. Dito por outras palavras, o FFT é calculado com base em números. Portanto, é preciso dispor de um ADC para amostrar a forma de onda. De seguida, o processador calcula o espetro FFT

Figura 10 - Diagrama de bloco de um analisador de vibrações.

Analisador de vibrações 2 – Figura 2.1 – Como foi referido, aqui vê-se o ADC num diagrama de blocos de um analisador.

Acima de tudo, é muito importante que o ADC não introduza erros. 

Figura 11 O amostrador ADC não deve introduzir erros.

Analisador de vibrações 2 – Figura 2.2 – Conforme foi referido, é muito importante que o ADC não introduza erros.

2.2 Analisador de vibrações 2 – O que é e para que serve a gama dinâmica?

Em primeiro lugar é de referir que a gama dinâmica é a característica que permite analisar sinais pequenos na presença de grandes.

De facto, quando vemos  um espetro e nos referimos ao ruído (relva), estamos a ver o efeito da gama dinâmica. De forma idêntica, esta é a relação é entre o maior e menor sinal, que podem ser medidos ao mesmo tempo.

Figura 2.3 A gama dinâmica
Analisador de vibrações 2 – Figura 2.3 – Conforme referido, a gama dinâmica é definida como sendo uma relação entre o maior e menor pico que podem ser medidos ao mesmo tempo.

2.3 Qual é a importância da gama dinâmica ?

Por este facto, os analisadores de vibrações devem ter uma grande gama dinâmica. Hoje em dia a maioria dos analisadores é capaz de exibir sinais com razões de 1000, ou mais. Por esta razão, às vezes usamos as escalas logarítmicas para se aproveitar esta capacidade. Assim, para analisar sinais de vibração de baixo nível  é importante uma grande gama dinâmica. Estão neste caso, os primeiros sintomas de avarias em rolamentos, na presença de grandes componentes como seja, por exemplo, um desequilíbrio.

Da mesma maneira, a gama dinâmica também é importante quando o componente do espetro de frequência a ser analisada é pequena, em comparação com o nível global. Assim, este nível global limita a sensibilidade à entrada, da mesma forma que um único sinal grande. De facto, esta situação é frequente, quando uma vibração da baixa frequência é medida com um acelerómetro. 

2.4 De que depende a gama dinâmica?

Na verdade, a gama dinâmica de um equipamento de medida, é o resultado das características de uma série de componentes:

  1. Da resolução do ADC (número de bits, linearidade etc.),
  2. Do ruído do amplificador de entrada,
  3. Das características do filtro anti-aliasing,
  4. Do ruído elétrico dentro do analisador,
  5. Da capacidade do processador de cálculo do FFT,
  6. etc.

É de notar que se tem ter em conta que regra geral, a especificação é para as piores situações de medição. As piores situações de medida ocorrem quando se usa a máxima gama de frequência e o menor fim de escala de entrada. De facto, o desempenho típico é normalmente melhor (20 dB é comum). Isto é assim, na faixa de frequência utilizada para medições na maioria das máquinas e fins de escala de entrada razoáveis. Assim é importante entender a diferença entre:

  • A gama dinâmica especificada, ou seja, garantido;
  • A gama dinâmica típica, ou seja, esperado em condições comuns.

2.5 Analisador de vibrações 2 – Qual a relação entre o número de bits do ADC e a gama dinâmica

Seguidamente, vemos a relação entre o número de bits do ADC e a gama dinâmica em dB. 

Figura 2.3 analisador de vibrações Gama dinâmica e número de bits do conversor analógico digital

Analisador de vibrações 2 – Figura 2.4 – Como referido, aqui vemos, a relação entre número de bits do ADC e a gama dinâmica, em dB.

Por exemplo, os analisadores modernos têm uma gama dinâmica na ordem dos 120 dB.

Devido a isto, podem dispensar a função de ajuste de fim de escala (auto-range). Conforme referido, isto deve-se ao facto de conseguirem medir toda a gama de medida dos acelerómetros piezoelétricos mais comuns. É sabido que nos acelerómetros mais comuns, a gama dinâmica é de cerca de 110 dB.

Figura 12 Gama dinâmica e número de bits do analisador de vibrações ADASH VA5

Analisador de vibrações 2 – Figura 2.5 – Conforme foi referido, aqui vemos a gama dinâmica e número de bits, de um analisador de vibrações.

Por exemplo, nADASH VA5, a gama dinâmica é de 120 dB. No mesmo equipamento, o número de bits é 24

 

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