Analisador de Vibrações – modo de funcionamento 5

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Analisador de Vibrações modo de funcionamento V
7 - Largura de banda em tempo real nos
analisadores de vibrações 8 - Processamento em
sobreposição (overlap)

• www.dmc.pt

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Conteúdo do curso

• Compreender a relação entre tempo e frequência
  num analisador de vibrações
• Amostragem e digitalização num analisador de
  vibrações
• O que é o Aliasing num analisador de vibrações
• A implementação do zoom num analisador de
  vibrações
• A implementação de janelas na forma de onda
  (windows) num analisador de vibrações
• As médias num analisador de vibrações
• Largura de banda em tempo real nos analisadores
  de vibrações
• Processamento em sobreposição (overlap)
• Seguimento de ordens
• Análise do envelope
• Funções de dois canais

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Tecnologias preditivas

Vibrações
Medição de tensão em veios
Emissão acústica
Análise de motores elétricos
Termografia
Ultrassons
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Conteúdo desta apresentação
7) Largura de banda em tempo real nos
analisadores de vibrações 8) Processamento em
sobreposição (overlap)
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Tecnologias corretivas

Equilibragem no local
Alinhamento de veios
Proteção de rolamentos
Calibração de cadeias de monitorização de
vibrações
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Um espetro a cada nova amostra

• Até agora tem-se ignorado o facto de que vai
  demorar algum tempo para o analisador de
  vibrações calcular o espetro FFT, a partir de um
  bloco de tempo.
• Na verdade, caso se pudesse calcular o espetro
  FFT, em menos tempo do que o período de
  amostragem de um bloco, poderíamos continuar a
  ignorar este tempo de cálculo.
• A Figura mostra que, nesta condição, se poderia
  obter um novo espectro de frequência com cada
  amostra.
• Como se viu na seção sobre o aliasing, isto
  poderia resultar em muito mais espectros, a cada
  segundo, do que se poderia compreender.

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Operação em tempo real, em que o tempo de cálculo
do espetro é igual ou menor, que o tempo de
aquisição de um bloco de tempo

• Uma alternativa razoável é adicionar uma memória
  de bloco de tempo ao diagrama de blocos do
  analisador.
• Na Figura podemos ver que isso permite calcular o
  espectro de frequência do bloco de tempo
  anterior, ao adquirir o bloco de tempo atual.
• Se pudermos calcular a transformada FFT antes que
  a memória do bloco de tempo esteja cheia, então
  diz-se que se está a operar em tempo real.

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Operação em tempo não real, em que o tempo de
cálculo do espetro é maior que o tempo de
aquisição de um bloco de forma de onda

• Para ver o que isto significa, olha-se para o
  caso em que a computação FFT leva mais tempo do
  que o tempo para preencher a memória do bloco de
  tempo.
• Esta situação é ilustrado na Figura.
• Embora a memória esteja cheia, não se terminou a
  última transformada de FFT, então tem-se que
  parar de amostrar dados.
• Quando a transformação estiver concluída, pode-se
  transferir o bloco de tempo para o FFT e começar
  a adquirir outro bloco de tempo.
• Isso significa que se perdem algumas amostras de
  entrada e por isso diz-se que não se está operar
  em real.

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Largura de banda em tempo real

• Recorde-se que a duração do bloco de tempo não é
  constante, mas deliberadamente variada para
  alterar a gama de frequência do espetro que se
  pretende ver no analisador de vibrações.
• Para gamas de frequência maiores a duração do
  bloco de tempo é menor.
• Portanto, à medida que aumentamos a gama de
  frequência do analisador, eventualmente
  alcançamos uma situação em que a duração do bloco
  de tempo é igual ao tempo de cálculo do FFT.
• Este valor de frequência é designada de largura
  de banda em tempo real.
• Para gamas de frequência dentro e abaixo da
  largura de banda em tempo real, o analisador não
  perde nenhuma amostra da forma de onda.

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Relevância da largura de banda em tempo real

• Observar a variação de velocidade numa máquina
• Média RMS
• Eventos de vibrações transitórias

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Relevância da largura de banda em tempo real -
observar a variação de velocidade numa máquina

• Caso se esteja a medir o espectro ou a resposta
  de frequência de uma máquina que está a variar de
  velocidade, é necessário observar a mudança de
  espectro, no que pode ser chamado de tempo real
  psicológico.
• Um novo espectro a cada poucos décimos de segundo
  é suficientemente rápido para permitir que um
  técnico observe variações no que ele consideraria
  ser em tempo real.
• No entanto, se o tempo de variação de velocidade
  da máquina for longo, a velocidade do analisador
  é irrelevante.
• Tem-se que esperar que a máquina responda às
  mudanças, antes que o espectro seja válido, não
  importa quantos espectros se gerem nesse tempo.

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Relevância da largura de banda em tempo real -
Média RMS

• Pode-se estar interessado em achar a média de um
  sinal, que está sempre a variar.
• Não há nenhuma exigência na execução da média de
  que os blocos de tempo adquiridos devam ser
  consecutivos, sem lacunas.
• Portanto, uma reduzida largura de banda, em tempo
  real, não afetará a precisão dos resultados.
• No entanto, a largura de banda em tempo real,
  afetará a velocidade com que uma medição média
  rms, pode ser feita.
• A Figura mostra que, para uma frequência
  sinusoidal acima da largura de banda em tempo
  real, o tempo para completar a média de N blocos,
  depende apenas do tempo para calcular as N
  transformadas FFT.
• Em vez de reduzir continuamente o tempo para
  calcular a média rms, à medida que aumentamos a
  gama de frequência, chegamos a um tempo fixo para
  calcular as N médias.

Tempo total de execução de N médias RMS
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Relevância da largura de banda em tempo real -
Eventos de vibrações transitórias

• Se todo o transitório se encaixar dentro da
  duração do bloco de bloco de tempo, o tempo de
  computação FFT é de pouco interesse.
• O analisador pode ser acionado pelo transitório e
  pelo evento armazenado na memória do bloco de
  tempo.
• O tempo para calcular o espectro não é
  importante.
• No entanto, se um evento transitório contém
  energia de alta frequência e dura mais do que o
  bloco de tempo necessário para medir a energia de
  alta frequência, então a velocidade de
  processamento do analisador é crítica.
• Como se mostra na Figura b), alguns dos
  transitórios não serão analisados se o tempo de
  cálculo exceder o tempo do bloco de tempo.

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Relevância da largura de banda em tempo real
arranque de uma máquina

• No caso dos transientes mais longos do que o
  bloco de tempo, também é imperativo que haja
  alguma maneira de registrar rapidamente o
  espectro.
• Caso contrário, as informações serão perdidas à
  medida que o analisador atualizar o ecrã com o
  espectro do bloco de tempo mais recente.
• Nestas condições, é necessário uma apresentação
  gráfica que possa mostrar mais de um espectro
  (gráfico em Cascada), como se pode ver na Figura
  e uma boa memória.
• O analisador de vibrações deve ser capaz de
  gravar um espectro de cada bloco de tempo ou a
  informação será perdida.

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Processamento em sobreposição (overlap)

• Para entender o processamento de sobreposição,
  vamos olhar para a).
• Vê-se uma análise de baixa frequência em que a
  recolha de um bloco de tempo leva muito mais
  tempo do que o tempo de cálculo do FFT.
• O processador do FFT está à espera a maior parte
  do tempo.
• Se em vez de se esperar por um bloco de tempo
  totalmente novo, se sobrepuser o novo bloco de
  tempo com alguns dos dados antigos, ter-se-á um
  novo espectro tão frequentemente quanto se
  calcula o FFT.
• Este processamento de sobreposição é ilustrado na
  Figura b).
• Para se entender os benefícios do processamento
  de sobreposição, vão se ver os mesmos casos que
  se usaram atrás.

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Processamento em sobreposição - Observar uma
variação de velocidade numa máquina

• Viu-se anteriormente, que se precisa de um novo
  espectro a cada poucos décimos de segundo ao
  observar uma máquina, em variação de velocidade.
• Sem processamento de sobreposição, isso limita a
  resolução a alguns Hz. Efetivamente quando se vai
  para resoluções maiores os analisadores de
  vibrações ficam muito lentos, por causa da longa
  duração da aquisição de um bloco de tempo.
• Com o processamento de sobreposição a resolução é
  ilimitada.
• No entanto isto tem limitações. Como o bloco de
  tempo sobreposto contém dados antigos da
  velocidade anterior, ele não está completamente
  correto. Ele indica a direção e a quantidade de
  mudança, mas deve-se esperar um bloco em tempo
  integral após a mudança para que o novo espectro
  seja exibido com precisão.
• No entanto, ao indicar a direção e a magnitude
  das mudanças a cada poucos décimos de segundo, o
  processamento de sobreposição ajuda na
  visualização dos espetros de máquinas em variação
  de velocidade.

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Aumento de velocidade da média RMS com
processamento de sobreposição

• O processamento de sobreposição pode dar reduções
  drásticas no tempo para calcular as médias rms
  com uma determinada variação.
• Lembre-se que as funções da janela reduzem os
  efeitos do fugas, ponderando as extremidades do
  bloco de tempo a zero.
• A sobreposição elimina a maior parte ou todo o
  tempo que seria desperdiçado tomando esses dados.
  
• Como alguns dados sobrepostos são usados duas
  vezes, devem ser tomadas mais médias para obter
  uma determinada variação do que no caso
  não-sobreposto.
• A Figura mostra as melhorias que podem ser
  esperadas pela sobreposição.

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Processamento em sobreposição - Eventos
Transitórios

• Para transientes mais curtos do que a duração do
  bloco de tempo, o processamento de sobreposição é
  inútil.
• Para transientes mais longos do que a duração do
  bloco de tempo a largura de banda em tempo real
  do analisador é geralmente uma limitação.
• Se não for, o processamento de sobreposição
  permite que mais espectros sejam gerados a partir
  do transitório, geralmente melhorando a resolução
  dos gráficos resultantes.

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Sistemas de monitorização permanente

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

• Vibrometros
• Analisadores de vibrações
• Coletores de dados
• Medidores de ultrassons
• Sensores de vibrações

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Pode ver um artigo sobre este tema neste link
Analisador de vibrações
www.DMC.com
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PROGRAMA DE FORMAÇÃO 2020
Para mais informações ver www.dmc.pt
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Esperamos que esta apresentação tenho sido
interessante