Zaman Dalga Formu Nedir?

Zaman dalga formu (time waveform), vibrasyon sinyalinin ölçüm süresi boyunca nasıl değiştiğini doğrudan gösterir. FFT spektrumu enerjiyi frekanslara ayırırken dalga formu olayların sırasını, tekrar aralığını, biçimini ve sürekliliğini korur. Bu nedenle darbeli çalışma, mekanik temas, vuruntu, sürtünme ve proses geçişleri gibi zamana bağlı davranışların anlaşılmasında temel bir araçtır.

Zaman ve genlik eksenleri

Grafiğin yatay ekseni saniye veya milisaniye cinsinden zamanı, düşey ekseni ölçülen genliği gösterir. Genlik ivme, hız veya yer değiştirme olabilir. Grafiğin yorumlanabilmesi için birim, sensör yönü, kayıt uzunluğu, örnekleme hızı ve filtre bandı bilinmelidir. Aynı fiziksel olay, ivme dalga formunda sivri bir darbe; hız dalga formunda daha yumuşak bir değişim olarak görünebilir.

Örnekleme hızı ve kayıt süresi

Örnekleme hızı, saniyede kaç veri noktası toplandığını belirler. İncelenecek en yüksek frekansın güvenilir temsil edilebilmesi için örnekleme hızı yeterince yüksek seçilmeli ve cihazın anti-aliasing filtresi kullanılmalıdır. Yetersiz örnekleme, yüksek frekanslı bir bileşenin yanlışlıkla daha düşük frekansta görünmesine neden olabilir.

Kayıt süresi ise en yavaş olayın kaç çevriminin görüleceğini belirler. 25 Hz dönüş hızındaki bir rotorun bir turu 0,04 saniyedir. On turu görmek için en az 0,4 saniyelik kayıt gerekir. Yavaş proses döngüleri, aralıklı darbeler veya değişken hızlı çalışmalar daha uzun kayıt isteyebilir. Örnekleme hızı yükseltilirken kayıt süresi korunursa veri miktarı da artar.

Periyodik ve periyodik olmayan sinyaller

Her turda benzer biçimde tekrarlanan dalga periyodiktir. Saf sinüzoidal dalga tek baskın frekansın ideal gösterimidir; gerçek makinelerde harmonikler ve gürültü nedeniyle biçim genellikle bozulur. Periyodik olmayan sinyal ise rastgele akış etkileri, düzensiz temas veya kısa proses olayları içerebilir. Tekrarlanabilirlik, devir işaretiyle üst üste bindirme veya senkron ortalama kullanılarak araştırılabilir.

Dalga biçiminde görülebilen fiziksel davranışlar

Sinüzoidal dalga

Sinüzoidal biçim, tek frekansın baskın olduğu ideal durumu temsil eder. Balanssızlığa bağlı 1X hareket yaklaşık sinüzoidal olabilir; fakat aynı biçim rezonansla büyüyen başka bir 1X kuvvetten de kaynaklanabilir. Faz ve farklı yataklardaki genlik dağılımı fiziksel kaynağın ayrılmasına yardım eder.

Darbeli sinyal ve vuruntu

Kısa süreli yüksek genlikli olaylar dalga formunda sivri tepeler oluşturur. Sabit aralıklı darbe, dönen bir parçadaki yerel kusurun her geçişte temas etmesiyle ilişkili olabilir. Vuruntu, mekanik boşluğun kapanıp açılması veya hareketli parçanın sınıra çarpması sonucu oluşabilir. Darbe aralığının devir veya parça geometrisiyle eşleştirilmesi gerekir.

Modülasyon

Yüksek frekanslı bir titreşimin genliği daha yavaş bir olayla değişiyorsa dalga zarfı periyodik büyüyüp küçülür. FFT'de bunun karşılığı taşıyıcı çevresindeki yan bantlardır. Dişli yükü, eksantriklik, kanat geçişi veya proses pulsasyonu modülasyon oluşturabilir.

Sürtünme ve gevşeklik

Rotor-stator sürtünmesi kesilmiş, düzleşmiş veya fazı değişen dalga biçimleri üretebilir. Kısmi temas her turda aynı olmayabilir ve ısı artışıyla değişebilir. Gevşeklik ise asimetrik hareket, çoklu darbeler, farklı pozitif-negatif genlikler ve çevrimden çevrime kararsızlık oluşturabilir. Şase, yatak kapağı, ankraj ve ölçüm yüzeyi ayrı ayrı kontrol edilmelidir.

Rulman ve dişli belirtileri

Rulman yüzeyindeki yerel kusur, yuvarlanma elemanı geçtikçe kısa darbe oluşturabilir. Bu darbeler yapısal rezonansı uyararak yüksek frekanslı salınım paketleri meydana getirir. Tekrar aralığı teorik rulman arıza frekansları ile karşılaştırılabilir; kayma ve yük nedeniyle tam eşleşme beklenmeyebilir.

Dişli kırığı veya yerel diş hasarı, problemli diş her kavramaya girdiğinde tekrarlayan bir olay oluşturabilir. Dalga formu bir mil turunda bir kez büyüyen titreşim paketi gösterebilir. Dişli birleşme frekansı ve mil hızı yan bantları FFT analizi ile incelenmelidir.

Peak, Peak-to-Peak, RMS ve Crest Factor

Peak, seçilen referansa göre en yüksek anlık genliktir. Peak-to-Peak, pozitif en yüksek değer ile negatif en düşük değer arasındaki toplam aralıktır. RMS, sinyalin etkin seviyesini ve enerji içeriğini temsil eder. Crest Factor ise Peak/RMS oranıdır. Kısa sivri darbeler Peak'i hızla yükseltirken RMS daha sınırlı değişebilir; bu durumda Crest Factor artar.

Bu ölçüler aynı kayıt, bant ve birim içinde karşılaştırılmalıdır. Sinüzoidal bir sinyal için matematiksel ilişkiler bilinse de darbeli veya karmaşık sinyalde basit çarpanlarla dönüşüm güvenilir değildir. Ayrıntılar hız, ivme ve yer değiştirme birimleri makalesinde açıklanır.

Clipping, doygunluk ve DC offset

Clipping durumunda gerçek tepe ölçüm aralığını aşar ve grafik tepeleri düz kesilmiş görünür. Bu kayıt üzerinden Peak, RMS ve FFT genliği hatalı hesaplanabilir. Daha geniş giriş aralığı, uygun hassasiyette sensör ve sağlam bağlantı seçilerek ölçüm tekrarlanmalıdır.

Sensör doygunluğu yalnız elektronik aralıktan değil, çok güçlü düşük frekans hareketinden de kaynaklanabilir. DC offset dalga formunun sıfır çizgisinden kaymasıdır. İvmeölçer yerleşme süresi, kablo sorunu, sıcaklık geçişi veya sinyal şartlandırma hatası offset oluşturabilir. Ölçüm başlamadan önce sensörün kararlı hale gelmesi beklenmelidir.

Devir senkronlu değerlendirme

Takometre işareti her rotor turunun başlangıcını belirler. Dalga formu tur bazında bölündüğünde olayın açısal konumu ve çevrimden çevrime değişimi görülebilir. Senkron ortalama, dönmeyle ilişkili tekrarları güçlendirip rastgele bileşenleri azaltabilir. Dişli kutuları, pistonlu makineler ve değişken hızlı ekipmanlarda açısal örnekleme özellikle yararlıdır.

FFT ile birlikte kullanım

Dalga formu “ne zaman?”, FFT “hangi frekansta?” sorusuna yanıt verir. Bir darbenin tekrar aralığı zaman alanında ölçülür, oluşturduğu harmonik veya yan bant yapısı frekans alanında incelenir. Overall trend de olayın zaman içinde büyüyüp büyümediğini gösterir. Bu üç görünüm aynı ölçüm koşuluyla ilişkilendirildiğinde yorum daha tutarlı olur.

Güçlü ve zayıf yönler

Zaman dalga formunun güçlü yanı geçici olayları, darbelerin gerçek biçimini, asimetriyi ve modülasyonu korumasıdır. Zayıf yanı ise çok sayıda frekans üst üste geldiğinde bileşenlerin gözle ayrılmasının güç olmasıdır. Uzun kayıtlar görsel olarak yoğunlaşabilir; yanlış ölçek önemli küçük olayları saklayabilir. FFT ise frekansları ayırır fakat olayların zaman sırasını azaltılmış biçimde temsil eder.

Dalga formunu tur bazında okumak

Devir bilgisi varsa yatay eksen saniye yerine rotor turu veya derece olarak ele alınabilir. Bir olayın her turda aynı açıda oluşması rotora bağlı geometrik bir kaynağı destekler. Olayın açısı turdan tura kayıyorsa iki yakın frekansın etkileşimi, kayma veya proses tarafından sürülen başka bir kaynak araştırılır. Çok millli sistemlerde hangi milin referans alındığı açıkça belirtilmelidir.

Tur başına örnek sayısı, darbenin biçimini gösterecek kadar yüksek olmalıdır. Çok az örnek sivri tepeyi kaçırabilir; gereğinden fazla örnek ise analiz yükünü artırır. Açısal yeniden örnekleme, değişken hızda her turun eşit sayıda noktaya dönüştürülmesini sağlar ve order tabanlı karşılaştırmayı kolaylaştırır.

Filtrelenmiş dalga formları

Geniş bant kayıt bütün hareketi içerir ancak küçük yüksek frekanslı darbeler büyük düşük frekanslı hareket içinde saklanabilir. Yüksek geçiren veya bant geçiren filtreyle belirli bir bölge ayrıldığında darbe paketleri daha görünür hale gelir. Filtrenin kesim frekansları raporlanmalı; filtreleme sonucu oluşabilecek çınlama gerçek mekanik darbe sanılmamalıdır.

Rulman zarf analizinde yüksek frekanslı rezonans bandı seçilir, genlik zarfı çıkarılır ve tekrar frekansları incelenir. Bu işlem ham zaman dalga formunun yerini almaz. Ham, filtrelenmiş ve zarf sinyallerinin birlikte saklanması sonraki doğrulamalar için yararlıdır.

Çok kanallı zaman karşılaştırması

İki yatakta eş zamanlı kayıt, olayın makine boyunca iletimini ve gecikmesini göstermeye yardımcı olur. Radyal ve eksenel kanalların aynı anda ölçülmesi hareket yönleri arasındaki ilişkiyi korur. Kanallar farklı zamanlarda alınırsa kısa proses değişimleri karşılaştırmayı yanıltabilir.

Çapraz kanal incelemesi faz ve korelasyon yöntemleriyle genişletilebilir. Bunun için sensörlerin zaman senkronu, polaritesi ve hassasiyeti doğru tanımlanmalıdır. Çok kanallı kayıt özellikle vuruntu kaynağını konumlandırma, yapısal hareketi ayırma ve geçici olayın hangi noktada önce başladığını araştırmada değerlidir.

Tetikleme ve kayıt başlangıcı

Tekrarlayan bir olayın karşılaştırılmasında kayıtların aynı referansla başlaması önemlidir. Devir darbesi, proses valfi veya harici tetik sinyali kayıt başlangıcını sabitleyebilir. Tetik seviyesi yanlış seçilirse kayıt hiç başlamayabilir ya da gürültü tarafından rastgele başlatılabilir. Ön tetikleme özelliği, olaydan hemen önceki davranışı da saklayarak neden-sonuç sırasını incelemeyi kolaylaştırır.

Kısa süreli duruş veya çarpma araştırılırken tek kayıt yerine ardışık bloklar ya da kesintisiz veri yakalama gerekebilir. Kayıtlar arasında boşluk varsa olay kaçırılabilir; veri miktarı, cihaz belleği ve inceleme amacı birlikte planlanmalıdır.

Saha ölçümünde dikkat edilecekler

• Sensör montajı ve yönü her trend ölçümünde aynı tutulmalıdır.
• Kayıt süresi en yavaş ilgili olayın birden fazla çevrimini kapsamalıdır.
• Örnekleme hızı hedeflenen yüksek frekans için yeterli olmalıdır.
• Giriş aralığı clipping oluşturmayacak, çözünürlüğü gereksiz düşürmeyecek şekilde seçilmelidir.
• Devir, yük, debi ve basınç gibi çalışma bilgileri kayıtla birlikte saklanmalıdır.

Saha ölçümü ve zaman/frekans alanı değerlendirmesi için BALANSTEK vibrasyon analizi hizmeti; temel yöntem için Vibrasyon Analizi Nedir? ve diğer içerikler için Teknik Akademi incelenebilir.