4. FFT 분석기

FFT Analyzers

 

주파수는 기계를 진단할 때 주요 매개변수이다. 불평형, Misalignment, Looseness, 구름 베어링의 결함, 그리고 많은 일상적인 문제들은 모두 주파수 스펙트럼에서의 독특한 Pattern으로부터 쉽게 알아낼 수 있다.

수동으로 조정하는 Filter를 사용할 때는 먼저 주파수를 확인하고 각 특정 부분의 진폭을 측정한다. 이러한 과정은 매우 지루하고 시간이 많이 소모되며 종종 부정확하다. 더욱이 그 결과가 숫자로 나타나며 해석하는데 시간이 걸린다.

속도, 유연성, 그리고 쉽게 해석되는 그림 화면을 위해서 FFT 분석기는 기계 상태를 분석하는 기본 진단 장비로서 Tuneable Filter를 대신하게 되었다. 특히 FFT는 구름 베어링의 Pitting과 같은 작은 결함에 대한 초기 경고를 해 줄 수 있는 상세하고 자동적인 진단 감시의 몇 가지 방법에 대한 근거도 제공한다.

기계 분석에만 이용된다고 가정하면 FFT 분석기와 이동용 Data Collector와의 차이는 후자가 더 용량이 크고 처리 속도가 빠르다는 차이밖에 없다. 이 두 가지 장비를 갖추고 있는 체제에서는 실험실용 분석기의 추가된 성능과 기능, 처리 속도보다는 그 크기와 이동성이 더 중요한 일상적인 현장 분석과 신속한 연구용으로 Data Collector를 채용한다. 이 두 개의 기능이 서로 유사하기 때문에 이 절에서 설명되는 실험실용 분석기는 두 가지 장비에 모두 적용할 수 있다.

FFT 분석기는 시간영역을 주파수 영역으로 등가 변환시키는 수학적인 계산 방법을 사용한다. FFT 분석기가 사용하는 Fast Fourier Transform 방법은 불연속적이거나 Sampling된 Data를 가지고 수행되고, 디지털 신호 처리(DSP) 또는 컴퓨터를 사용하여 최대의 능률을 올릴 수 있는 연산 방식 또는 계산 절차로 수행된다는 점에서 수학적인 Fourier Transform과 다르다.

4.1 實時間率 (Real-Time Rate)

실시간율도 간략하게 설명되어야 할 또 다른 분야이다. 기계 분석을 위해서는 실시간율이 가능한 높은 것이 바람직하다. 대부분의 경우 스펙트럼 성분의 규칙적 또는 불규칙적인 변동과 변동율은 발생 Mechanism에 관한 중요한 진단의 단서를 제공한다. 만일 분석기의 속도가 너무 느리다면(즉 실시간 주파수가 너무 느리다면) 이러한 귀중한 정보를 얻지 못하게 된다. 주의할 점은 Beat나 변동율이 실제로 그 주파수에서 발생하고 있으며 분석기의 속도에 영향을 받지 않는다는 것을 확실히 하기 위하여 분석기의 Memory Period를 항상 점검하여야 한다.

4.2 追加 機能 (Added Features)

평균화 기능 이외에 FFT 분석기는 어느 지점에서 발생된 최고 진폭을 Holding하는 Peak Hold Mode를 가지고 있어야 한다. 이 기능은 다음 세 가지에서 중요하게 사용된다.

• 기동 정지 동안에 분석하고자 하는 범위에서 피크 진폭을 연결하여 만들어지는 진폭 응답 대 속도를 나타내는 Bode Plot이나 직각 좌표.

• 차동기 불안정성과 같이 변동하는 성분에 의해 생기는 최대 진폭은 종종 매우 귀중한 측정치이다. 종종 변화의 영향을 평가하는 유일한 방법은 어떤 기간동안에 피크값과 평균값을 비교하는 것이다.

• 충격 성분이 포함되어 있으면 각 성분에 의해 생기는 최대 진폭을 알아야 한다.

과도 상태의 신호를 포착하는 것도 FFT 분석기에 포함되어야 할 또 하나의 귀중한 기능이다. 과도 상태 신호의 포착은 고유 주파수나 주파수들을 알아내기 위하여 부품이나 구조물에 충격 가진을 주는 경우에 특히 중요하다.

다른 상황에서의 Data를 비교할 수 있도록 많은 스펙트럼들을 저장하기에 충분한 큰 메모리를 가지는 것도 중요한 기능이다. 대부분의 분석기는 변화에 대한 더 많은 평가를 하기 위해 메모리에 가지고 있는 스펙트럼들을 비교하고 차이를 알 수 있게 하는 기능을 가지고 있을 것이다.

FFT 분석기에서 다음 네 가지 기능이 아주 중요하다.

• 일회전마다 기준 펄스 입력을 기준으로 한 운전 속도의 차수로 주파수축을 설정하는 능력이 매우 도움이 될 때가 있다. 대부분의 분석기는 이러한 기능을 가지고 있다.

• 스펙트럼이 다른 스펙트럼 위에 쌓여지는 Cascade나 Waterfall 스펙트럼은 종종 과도 상태 동안에 무엇이 발생하고 있는지를 관찰할 수 있는 유일한 방법을 제공한다. 이것은 속도를 증가시키거나 Coastdown시 또는 과도 응답 분석시에 특히 귀중한 기능이 된다.

• 선정된 중심주파수에서 분해능을 증가시키는 능력(카메라와 유사하기 때문에 종종 Zoom이라고도 부름)은 각 성분들이 밀접하게 배열되어 복잡한 스펙트럼을 분류하는 유일한 방법이다. 이러한 기능은 밀접하게 배열되어 있는 고주파수의 스펙트럼 성분들을 각각 확인할 필요가 있는 기어나 전동기의 분석에 특히 귀중한 기능이다.

• 한 신호와 다른 신호와의 관계를 정하기 위해 Dual-channel FFT 분석기는 상호관계와 상호 일관성 기능을 가지고 있다. 한 Channel에는 기준 Trigger 입력을 연결하고 다른 Channel에는 신호를 연결하므로써 위상 측정이 정확하게 이루어진다.

 

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