Analisador de vibrações 2 – Amostragem e digitalização

 

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

De facto, 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, no âmbito de um programa de manutenção preditiva.

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

Em seguida, em analisador de vibrações 2, apresentamos o conteúdo desta série de artigos.

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• Introdução

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 se usa e em que consiste o zoom
5. Como se usam as janelas na forma de onda 
6. Para que servem as médias 
7. O que é 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 o Cepstro
15. Quais são as unidades e escalas do espetro

2 – A amostragem e digitalização 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 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 2.2 – É muito importante que o ADC não introduza erros.

2.2 Amostragem e digitalização – 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.

 

2.3 Qual é a importância da gama dinâmica na amostragem e digitalização?

Devido a isto, os analisadores de vibrações têm uma  gama dinâmica grande. Assim, 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.

Efetivamente, para analisar sinais de vibração de muito pequenos, dispor de uma grande gama dinâmica é muito importante. Por exemplo, 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. De facto, este nível global limita a sensibilidade à entrada, da mesma forma que um único sinal grande. Efetivamente, quando, com um acelerómetro medimos uma vibração da baixa frequência, esta situação é frequente.

2.4 De que depende a gama dinâmica na amostragem e digitalização?

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 também de notar que, se tem ter em conta que, regra geral, a especificação é para as piores situações de medição. De facto, as piores situações de medida ocorrem quando se usa a máxima gama de frequência e o menor fim de escala de entrada. Assim, o desempenho típico, é normalmente melhor (20 dB é comum). Isto é assim, na gama 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, garantida;
• A gama dinâmica típica, ou seja, esperada em condições comuns.

2.5 Amostragem e digitalização- 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.

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.

Por exemplo, no analisador de vibrações  ADASH VA5, a gama dinâmica é de 120 dB. No mesmo equipamento, o número de bits é 24.

A seguir vê-se um vido a explicar a importância do numero de bits num analisador de vibrações.