Non stationary signal analysis

This work compares different digital signal processing methods for the extraction of synchronous components from vibration signals. Aim of the comparison is to identify the best technique to identify rotors’ imbalance in presence of mechanical disturbances. Four methods have been selected after the literature review: the Hilbert Vibration Decomposition (HVD), the Hilbert Huang Transform (HHT), the Wavelet Packet Decomposition (WPD) and the Lock In Filter (LIF). The four methods’ performances were compared in the case of wheel balancing machine, in ideal conditions and in presence of mechanical disturbances (such as shocks on the machine basement or mechanical actions on the mandrel). The vibration measured by two piezoelectric load cells was analyzed with the four proposed method; in order to reduce the testing time, the analysis was performed both on the whole signal and on a limited number of wheel revolutions. Factorial design of experiments was used to identify the effect of the wheel size (13 and 16 inches), of the imbalance (5, 20 and 60 g), of the machine (three types with different mechanical characteristics) and of the type of disturbance. Results evidenced that the method usually granting better performances is the Hilber Vibration Decomposition, that grants a residual imbalance averagely lower than 3.3 [g] independently on the disturbance.

Questo lavoro compara differenti metodi di analisi di segnali per l’estrazione della componente sincrona da un segnale di vibrazione. L’obiettivo della comparazione e` identificare il metodo migliore per identificare lo sbilancio di rotori in presenza di disturbi meccanici. Quattro metodi sono stati selezionati dopo la revisione dello stato dell’arte: la Hilbert Vibration Decomposition (HVD), la Hilbert Huang Transform (HHT), la Wavelet Packet Decomposition (WPD) e il Lock In Filter (LIF). Le prestazioni dei 4 metodi sono comparate nel caso di macchine equilibratrici in condizioni ideali ed in presenza di disturbi meccanici (del tipo colpi sul basamento della macchina o azioni meccaniche sul mandrino). Le vibrazioni misurate da 2 accelerometri piezoelettrici sono state analizzate con i quattro metodi proposti; per ridurre il tempo dei test, l’analisi e` stata applicata sull’intero segnale e su un limitato numero di rivoluzioni. Fattori di progettazione sono stati usati per identificare l’effetto della grandezza della ruota (13 e 16 pollici), dello sbilancio (5, 20, 60 g), della macchina (tre tipi con caratteristiche meccaniche differenti) e del tipo di disturbi. I risultati hanno evidenziato che il metodo che garantisce le migliori prestazioni risulta essere l’Hilbert Vibration Decomposition, che garantisce uno sbilancio residuo mediamente inferiore di 3.3 g indipendentemente dal disturbo.