什么是阶次分析？
在旋转动力学的背景下，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响应分析。它基于振动/噪声和转速测量，测试时至少需要一个传感器来测试被测设备（DUT,下文均以DUT代称）的噪声振动。此外，转轴的旋转速度和角位置也是十分必要的。这通常是用编码器或转速计来完成的。与频率分析有所不同，阶次分析中噪声或振动的能量含量不是相对于频率绘制的，而是相对于阶次绘制的。在这种情况下，阶次是指振动信号的谐波分量。每个阶数对应于转子的基本旋转速度的倍数或者分数。换言之，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，依此类推。每个阶表示振动信号中的谐波分量。
阶次分析的工作原理
首先，我们需要从DUT（如发动机）收集振动数据，通常使用加速度计。之后，我们从原始振动信号中滤除无用的噪声信号，仅捕获相关的频率范围的信号。同时，我们还需要采集DUT的转子的旋转速度信号，一般通过编码器或转速表来采集。在开始阶次分析之前，我们需要确保我们的振动数据与转子的旋转（或角位置）同步。这一步可以通过同时记录速度脉冲来实现。一旦我们识别了单个旋转（对应于阶），我们就应用跟踪算法来跟踪每个阶随时间的频率变化。因此，我们将振动信号分为每转的数据块，其中一个数据块表示一转（图2）。
为了提升测试结果消除减小误差，我们对数据进行了滤波（抗混滤波器）、平滑和重采样处理。，我们使用快速傅立叶变换（FFT）将每个单独的数据块变换到频域，从而获得每个角速度[rpm]的功率谱。之后再将这些瞬时频谱图按照时间或者转速先后顺序排列保存起来，从而生成阶次频谱。
阶次分析的重要性
阶次分析是一种强大的工具，可用于机械故障诊断，分析旋转机械的异常噪声和振动。它提供了旋转机械的寿命健康、稳定性和潜在问题的关键分析依据。下文罗列出了阶次分析可能派上用场的多个具体原因： 1.检测轴承不对中和轴承故障： 轴承不对中和轴承故障在阶次谱中有特定的显示模式。分析这些模式有助于快速发现和矫正问题。 2.动平衡的测定： 旋转机械的不平衡会导致异常振动和噪声。在这种情况下，阶次分析可以量化测量特定阶次的不平衡度和相位。从而，采取纠正措施（如平衡转子）。 3.共振检测： 共振是一种现象，即当一物理系统在特定频率下,比其他频率以更大的振幅做振动的情形;此些特定频率称之为共振频率，也称为该系统的固有频率。当转子的固有频率与特定阶次一致，会导致共振。阶次分析有助于检测和消除该异常，从而进一步优化结构，消除异常振动。 4.优化维护保养措施： 阶次分析通过识别潜在问题的早期迹象来促进预测性维护。阶次谱随时间的变化，预测何时可能需要进行维护活动，例如平衡或错位调整。 5.实时监测： 当阶次分析集成到状态监测系统中时，阶次分析可提供实时反馈。对于新出现的问题，可立即作出判断反应。
DEWETRON的解决方案
OXYGEN是我们DEWETRON提供的全面而易用的测量软件。该软件不仅只为数据测量而设计的，而且还提供了许多的分析和可视化工具。这其中就包含阶次分析图谱，用于计算和显示频率和阶次谱与转速的关系。除了阶次谱图和强度图，还有很多的其他的功能可用，比如提取所需的阶数以进行更详细的分析。
OXYGEN阶次分析功能简述
1.同时进行频率和阶次域的分析
2.计算转速范围为60~100 000rpm
3.可跟踪升速/降速
4.阶次分辨率0.01~1，计算重叠率90%
5.可自定义抽取的阶次，并在波形记录仪和X-Y记录仪显示
6.可实现阶次切片
总结
阶次分析（也称为阶次跟踪）是用于旋转和振动机械及系统组件测量分析的强大分析工具。用于检查被称为“阶次”的特定频率分量，这些分量表示与系统转速或转频相关的谐波。基本过程包括振动数据从时域到频域的FFT，从而识别并显示系统的阶次。有助于诊断错位、不平衡等问题。因此，它是确保旋转机械及相关领域可靠性和效率的不可或缺的工具。