什么是阶次分析？

在转子动力学中，阶次分析(或阶次跟踪)是对旋转机械或振动部件的噪声或振动的分析。它基于振动和速度测量，这需要至少一个加速度传感器来评估被测设备(DUT)的振动。此外，确定或估计转子的速度和角位置是必要的。这通常是用编码器或转速表完成的。

在旋转机械的世界里，振动讲述了一个无声但有力的故事——尤其是通过阶次分析进行研究时。基于振动和旋转测量，它为工程师提供了对被检查系统的各种见解。让我们深入了解阶次分析的基本原理，并发现它在维护机械的健康和可靠性方面的核心作用。

与频率分析相反，噪声或振动的能量含量不是按照频率绘制的，而是按照阶次绘制的。在这种情况下，阶次是指振动信号的谐波成分。每一阶对应于转子基本转速的一个倍数。换句话说，这意味着一阶对应于转子本身的转速，二阶对应于转速的两倍，以此类推。每一阶表示振动信号中的一个谐波分量。

如何做阶次分析？

首先，我们需要从DUT(例如发动机)收集振动数据，例如使用加速度计。一般来说，在下一步中，我们从原始振动信号中去除任何不相关的数据(噪声)，只捕获相关的频率范围。我们还需要一个信号，该信号提供了关于被测设备转子转速的信息。这可以用例如转速表来收集。

在我们开始阶次分析之前，我们需要确保我们的振动数据与转子的旋转(或角度位置分别)同步。例如，这可以通过同时记录速度脉冲来实现。

一旦我们确定了单个旋转(对应于一阶)，我们应用跟踪算法来跟踪每个阶随时间的频率变化。因此，我们将振动信号分成每转一圈的信号块，其中一个块代表一个转一圈。

为了改善最终结果并避免不准确的结果，我们应用了进一步的滤波(例如抗混叠滤波器)、平滑和重采样操作。最后，我们使用快速傅里叶变换(FFT)将每个块转换到频域。这就得到了每个角速度[rpm]的功率谱。

然后可以将结果以各种图的形式可视化。然而，在阶次跟踪中，我们通常使用表示振动强度的2d彩色图作为光谱与RPM的颜色。这个频谱可以可视化为频谱或阶谱。阶谱将加速度信号中的频率分量与机械速度的阶次联系起来。这允许在阶谱表示中直观地跟踪不同转速下的阶次，并跟踪频谱表示中的频率分量。