FFT Analizi Nasıl Yorumlanır?

FFT analizi, karmaşık bir vibrasyon sinyalinin hangi frekans bileşenlerinden oluştuğunu görmeyi sağlar. Makine gövdesinde ölçülen tek bir zaman sinyali; rotor devri, rulman geçişleri, dişli teması, fan kanatları, proses darbeleri ve yapısal yanıt gibi birçok kaynağı aynı anda içerebilir. Hızlı Fourier Dönüşümü (Fast Fourier Transform), bu birleşik sinyali frekans alanında düzenleyerek kaynaklar arasında ilişki kurmayı kolaylaştırır.

FFT'nin amacı ve iki eksenin anlamı

Zaman alanındaki örnekler matematiksel olarak sinüs ve kosinüs bileşenlerine ayrılır. Spektrumun yatay ekseni frekansı, düşey ekseni seçilen titreşim büyüklüğünün genliğini gösterir. Frekans Hz veya CPM; genlik mm/s, g, m/s² ya da µm olabilir. Bu nedenle bir spektrum okunurken eksen birimleri, genlik tanımı ve frekans bandı ilk kontrol edilmesi gereken bilgilerdir.

RPM ile Hz arasındaki ilişki basittir: Hz = RPM / 60. Gerçek devir 1485 RPM ise 1X yaklaşık 24,75 Hz'dir. 2X bunun iki, 3X üç katıdır. “X” işareti frekansın dönme hızına oranını belirtir; sabit bir frekans değeri değildir.

Harmonikler, alt harmonikler ve yan bantlar

Harmonik yapı

Bir temel frekansın tam sayı katları harmonik olarak adlandırılır. 1X, 2X, 3X ve devam eden dizi; sinyalin sinüzoidal olmadığını, mekanik doğrusal olmayanlık veya periyodik temas bulunduğunu gösterebilir. Harmonik sayısı ve genlik dağılımı önemlidir. Tek başına “çok harmonik var” ifadesi, gevşeklik teşhisi koymak için yeterli değildir.

Alt harmonikler

0,5X veya 1/3X gibi dönme hızının altında kalan bileşenler alt harmoniktir. Sürtünme, gevşeklik, yağ filmi kararsızlığı veya bazı döngüsel proses olaylarıyla ilişkili olabilir. Gerçek devir kararlı değilse spektral yayılma alt harmonik sanılabilir; takometre verisi bu ayrımı güçlendirir.

Yan bant ve modülasyon

Bir yüksek frekanslı taşıyıcının genliği ya da frekansı daha yavaş bir olay tarafından değiştirildiğinde modülasyon oluşur. Spektrumda taşıyıcının iki yanında eşit aralıklı yan bantlar görülebilir. Yan bant aralığı çoğu kez modüle eden olaya karşılık gelir. Dişli birleşme frekansı çevresindeki mil devri aralıklı yan bantlar, yük değişimi veya dişli/şaft etkisini araştırmak için kullanılır.

Frekans çözünürlüğü, Fmax ve çizgi sayısı

Fmax spektrumda görüntülenecek en yüksek frekanstır. Çizgi sayısı, bu aralığın kaç frekans hücresine bölündüğünü ifade eder. Yaklaşık çözünürlük Fmax/çizgi sayısıdır. Fmax gereğinden yüksek, çizgi sayısı düşük seçilirse yakın pikler birleşebilir. Buna karşılık çok dar bant ve çok yüksek çizgi sayısı ölçüm süresini uzatır.

Frekans çözünürlüğü kayıt süresiyle ters ilişkilidir. Daha yakın frekansları ayırmak için daha uzun zaman kaydı gerekir. Değişken devirli bir makinede uzun kayıt sırasında hız değişirse pikler yayılabilir; bu durumda order analizi veya devir senkronlu yöntem daha uygun olabilir.

Pencereleme yöntemleri

FFT kaydı sonlu uzunluktadır. Kayıt başlangıcı ve sonu birbirine uymazsa spektral sızıntı oluşabilir. Pencere fonksiyonları uçları ağırlıklandırarak bu etkiyi yönetir.

• Hanning: Genel vibrasyon spektrumlarında sık kullanılır; frekans ayrımı ile genlik doğruluğu arasında dengeli sonuç verir.
• Flat Top: Kararlı sinüzoidal bileşenlerin genliğini daha doğru ölçmeye yöneliktir; ana lobu geniş olduğu için yakın frekansları ayırma yeteneği düşebilir.
• Rectangular: Esasen pencere uygulanmamasıdır. Kayıt içine tam oturan periyodik sinyal veya kısa geçici olaylar için yararlı olabilir; sızıntıya daha duyarlıdır.

Pencere seçimi ölçüm amacına göre raporlanmalıdır. Aynı spektrumun farklı pencereyle alınması pik genişliğini ve görünen genliği değiştirebilir.

Spektrum ortalaması

Ardışık spektrumların ortalaması rastgele gürültüyü azaltıp tekrarlanan bileşenleri belirginleştirir. Doğrusal ortalama kararlı sinyallerde genel görünümü iyileştirir. Peak hold, ölçüm boyunca oluşan en yüksek bileşenleri tutar ve geçici hız taramalarında yararlı olabilir. Faz ilişkisini koruyan senkron ortalama ise devir referansı gerektirir. Çok fazla ortalama, kısa süreli fakat önemli olayları görünmez hale getirebileceğinden süreç karakterine göre seçilmelidir.

FFT ve order analizi arasındaki fark

FFT frekansı Hz ekseninde gösterir. Sabit devirli makinelerde dönme kaynakları belirli frekanslarda kalır. Devir değiştiğinde aynı mekanik order farklı Hz değerlerine taşınır ve standart FFT'de yayılabilir. Order analizi frekansı dönme hızına oranlayarak 1X, 2X gibi bileşenleri hız değişimi boyunca izler. Kalkış, duruş ve değişken hızlı sürücülerde takometreyle order takibi daha açıklayıcıdır.

Yaygın spektrum örüntüleri

Balanssızlık ve hizasızlık

Balanssızlık sıklıkla 1X ile ilişkilendirilse de 1X genliği yapısal rezonans tarafından büyütülebilir. Hizasızlıkta 2X veya eksenel bileşen görülebilir; kaplin tipi ve makine yükü örüntüyü değiştirir. Yataklar arası faz ve hassas hizalama kontrolü ayrımı destekler.

Gevşeklik ve rulman değerlendirmesi

Mekanik gevşeklik harmonik diziler, yarım order bileşenleri ve kararsız genlik oluşturabilir. Rulmanların erken dönem darbeleri klasik hız spektrumunda zayıf kalabilir. İvme, zarf analizi, uygun bant seçimi ve rulman arıza frekansları birlikte kullanılmalıdır.

Dişliler ve fanlar

Dişli birleşme frekansı (GMF), diş sayısı ile ilgili mil frekansının çarpımıdır. GMF genliği kadar yan bant aralığı ve trendi de önemlidir. Fanlarda kanat geçiş frekansı, kanat sayısı × fan devridir. Yakındaki sabit kanatlar, kirlenme, açıklık eşitsizliği ve proses akışı bu bileşeni etkileyebilir.

FFT yorumunda sık yapılan hatalar

• Etiket devrini gerçek devir kabul etmek ve frekans imlecini yanlış yerleştirmek.
• Fmax, çözünürlük, pencere, ortalama ve genlik birimini kaydetmemek.
• Farklı yüklerde alınan spektrumları doğrudan karşılaştırmak.
• Logaritmik ve doğrusal eksenleri aynı görünüm sanmak.
• Tek bir piki arıza etiketi olarak kullanmak.
• Aliasing, sensör montaj rezonansı veya elektriksel gürültüyü mekanik sinyal sanmak.

Ölçek, taban gürültüsü ve dinamik aralık

Spektrum doğrusal veya logaritmik genlik ekseniyle gösterilebilir. Doğrusal eksen büyük bileşenleri karşılaştırmayı kolaylaştırırken küçük yan bantları saklayabilir. Logaritmik eksen geniş dinamik aralığı görünür kılar; buna karşılık küçük bir değişimi görsel olarak olduğundan önemli algılatabilir. Karşılaştırılan grafiklerde ölçek, birim ve eksen sınırları aynı tutulmalıdır.

Taban gürültüsü sensör elektroniği, kablo, cihaz giriş aralığı, çevresel titreşim ve proses kaynaklarının birleşimidir. Sensör hassasiyeti düşük veya giriş aralığı gereğinden geniş seçilirse küçük bileşenler sayısal çözünürlük içinde kaybolabilir. Spektrum tabanının yükselmesi her zaman makine hasarı değildir; montaj ve elektriksel bağlantılar kontrol edilmelidir.

Frekans ailelerini oluşturmak

Yorumdan önce makinenin kinematik frekans listesi hazırlanabilir. Motor ve tahrik edilen mil hızları, kayış geçişi, dişli birleşme frekansı, kanat sayısı, rulman geometrisi ve elektrik şebeke frekansı bu listeye dahil edilir. Spektrumdaki imleçler teorik değerlerin çevresinde aranır. Kayma, yük ve çözünürlük nedeniyle tam sayı eşleşmesi zorunlu değildir.

Frekans aileleri yalnız pikin konumunu değil, harmoniklerini ve yan bantlarını da kapsar. Örneğin GMF çevresindeki bir mil devri aralığı ile motor elektrik frekansı çevresindeki kutup geçiş aralığı farklı fiziksel hipotezler üretir. Aynı aralığın birden fazla taşıyıcı çevresinde görülmesi ortak bir modülasyon kaynağına işaret edebilir.

Trend spektrumu ve karşılaştırma disiplini

Spektrum trendinde aynı nokta, yön, sensör montajı, Fmax, çizgi sayısı, pencere ve genlik tanımı kullanılmalıdır. Sadece en yüksek pik değil; seçilmiş bant enerjileri ve karakteristik frekans genlikleri izlenebilir. Bakım veya proses değişikliği zaman çizelgesine işlendiğinde değişimin mekanik mi operasyonel mi olduğu daha açık değerlendirilir.

Bir pikin büyümesi kadar frekansının kayması, yan bant sayısının artması veya taban gürültüsünün genişlemesi de önemlidir. Değişim görüldüğünde daha yüksek çözünürlüklü ölçüm, faz, dalga formu ya da farklı yük noktasında tekrar kayıt planlanabilir.

Elektriksel ve mekanik frekansların ayrılması

Motorlarda şebeke frekansı, bunun katları, kutup geçişi ve rotor kaymasına bağlı bileşenler mekanik dönme frekanslarına yakın olabilir. Akım, yük ve gerçek devir bilinmeden yalnız spektrum konumuna göre ayrım yapmak güçtür. Enerji frekansının iki katındaki bileşen hava aralığı veya manyetik kuvvetlerle ilişkili olabileceği gibi yapısal yanıt tarafından da büyütülebilir.

Motor enerjisizken yapılan serbest yavaşlama, farklı yüklerde ölçüm veya motor akım analizi olası kaynakları ayırmaya yardımcı olabilir. Mekanik ve elektriksel frekansların hız değişimine nasıl tepki verdiği izlenmeli; sabit Hz'de kalan bileşen ile dönme order'ını takip eden bileşen ayrı değerlendirilmelidir.

FFT'yi diğer verilerle birlikte kullanmak

Spektrum bir frekansın varlığını gösterirken zaman dalga formu bu olayın her turda mı, aralıklı mı, darbeli mi oluştuğunu gösterir. Overall trend, toplam seviyenin gelişimini; faz, noktalar arasındaki hareket ilişkisini açıklar. Birimler ve genlik türleri için vibrasyon ölçüm birimleri rehberi kullanılabilir.

Profesyonel rota ölçümü, FFT değerlendirmesi ve teknik raporlama için BALANSTEK vibrasyon analizi hizmeti sayfasını; diğer eğitim içerikleri için Teknik Akademi bölümünü inceleyebilirsiniz.