HIỂU VỀ BEATING

Có nhiều trường hợp trong một nhà máy có tiếng vo ve ngày càng to hơn rồi nhỏ dần. Khoảng thời gian giữa các điểm to nhất có thể là từ 10 giây hoặc (dài hơn) hoặc chỉ nửa giây hoặc ít hơn. Các lần xuất hiện gần nhau hơn có thể nghe giống tiếng đập hơn là tiếng vo ve.

Trong khi thu thập dữ liệu hoặc theo dõi máy móc, một đỉnh trong phổ có thể tăng và giảm theo định kỳ.

Nguồn gốc của những hiện tượng phổ biến này là gì?

Có thể là do một hiện tượng được gọi là “beating”, hai tín hiệu có tần số tương tự. Nó có thể đến từ hai máy giống hệt nhau gần nhau chạy với tốc độ gần như chính xác như nhau. Rung động từ một máy truyền sang máy khác.

Hãy bắt đầu với các khái niệm cơ bản. Nếu một trong hai máy giống hệt nhau chạy ở tần số 10 Hz và toàn bộ rung động đều ở tốc độ này, thì dạng sóng có thể giống như hình bên phải.

Trong dạng sóng thời gian một giây sẽ có 10 chu kỳ. Chúng ta có thể nghe thấy “âm thanh” 10 Hz và biên độ sẽ không đổi.

Nếu máy thứ hai cũng được khởi động, và chúng có cùng tốc độ và cả hai đều hoàn toàn cùng pha, dạng sóng đo được trên máy sẽ là tổng của hai dạng sóng. Biên độ sẽ cao gấp đôi.

Âm thanh phát ra từ các máy vẫn có tần số 10 Hz, nhưng âm lượng sẽ lớn gấp đôi.

Vì vậy, tần số sẽ không thay đổi, nhưng biên độ sẽ tăng gấp đôi.

Hình 2-12 Dạng sóng từ hai máy cùng pha với nhau. Biên độ tăng gấp đôi nhưng tần số vẫn như vậy.

Bây giờ giả sử hai máy giống hệt nhau lệch pha 180 độ. Kết quả sẽ thế nào? Sẽ rất yên tĩnh vì các tín hiệu sẽ triệt tiêu lẫn nhau. Dạng sóng sẽ là một đường thẳng.

Khả năng các máy lệch pha 180 độ là rất nhỏ và sẽ có tổn thất rung động từ máy này sang máy khác, nghĩa là thực sự sẽ có một số biên độ để đo và nghe.

Để triệt tiêu lẫn nhau, tốc độ của hai máy phải giống hệt nhau.

Điều gì sẽ xảy ra nếu tốc độ của hai máy hơi khác nhau?

Ví dụ: Nếu hai máy chạy ở tốc độ khác nhau, 600 vòng/phút và 660 vòng/phút (10 Hz và 11 Hz), thì điều gì sẽ xảy ra? Cái gì sẽ được đo và cái gì sẽ được nghe?

Hình 2-14 cho thấy hai tín hiệu riêng lẻ trong biểu đồ trên cùng. Tín hiệu tổng hợp nằm trong biểu đồ dưới cùng.

Hình 2-14 Tín hiệu 10 Hz và tín hiệu 11 Hz nằm ở đồ thị trên. Tín hiệu tổng hợp nằm ở đồ thị dưới.

Đồ thị tổng hợp là thứ sẽ được đo trên máy. Lưu ý rằng dạng sóng thời gian được chia tỷ lệ lại thành hai giây.

Những gì nghe được là “tiếng đập” – một âm thanh rền rĩ hoặc xung động kéo dài trong một giây. Biên độ sẽ tăng từ 0 đến biên độ đầy đủ và trở lại 0 trong một giây.

Hình 2-15 cho thấy rõ hơn điều này. Đồ thị trên cùng cho thấy hai tín hiệu cùng pha tại một thời điểm và 0,5 giây sau chúng lệch pha 180 độ. Trong khoảng thời gian giữa hai thời điểm đó, chúng nằm đâu đó giữa 0 và 360 độ. Khi chúng cùng pha, tín hiệu tổng hợp sẽ cộng các tín hiệu lại, tạo ra biên độ gấp đôi của từng tín hiệu riêng lẻ. Khi các tín hiệu lệch pha 180 độ, tín hiệu tổng hợp sẽ hủy chúng. (Không có biên độ nào trong đồ thị tại thời điểm đó).

Hình 2-15 Hai tín hiệu cộng và hủy tùy thuộc vào việc chúng cùng pha hay lệch pha.

Vì tín hiệu thay đổi theo chu kỳ từ biên độ bằng không đến biên độ cực đại, chúng ta nghe thấy một xung động – các xung có chu kỳ 1 hertz – tức là có một giây giữa các xung. Lưu ý rằng hai tín hiệu, 10 Hz và 11 Hz, cách nhau 1 Hz.

Nếu tốc độ gần nhau hơn thì sao?

Nếu một tín hiệu có tần số 10,5 Hz và tín hiệu còn lại có tần số 11 Hz, thì nó sẽ trông như thế nào và phát ra âm thanh như thế nào?

Hình 2-16 là hai tín hiệu chỉ cách nhau 0,5 Hz. Lưu ý thời gian cho một chu kỳ bây giờ là hai giây.

Hình 2-16 chu kỳ của beat 0,5Hz là 2 giây

Tần số nhịp (beat) là sự khác biệt về tần số giữa hai tín hiệu. Vậy đây là nhịp nửa Hz. Thời gian được tính như thế nào?

Nhớ lại từ chương hai rằng chu kỳ của một chu kỳ là nghịch đảo của tần số. Tần số là 0,5 Hz. Chia thành một thì được 2 giây.

Hình 2-17 cho thấy dạng sóng thời gian 20 giây. Có thể thấy rõ 10 chu kỳ.

(trang 70)

Hai tần số gần nhau

Hình 2-18 cho thấy kết quả của hai tần số gần nhau hơn… 10,9 Hz và 11 Hz. Tần số nhịp là 0,1 Hz nên thời gian cho một chu kỳ là 10 giây (1/0,1).

Hình 2-18 Tín hiệu 10,9 Hz và tín hiệu 11 Hz tạo ra chu kỳ dạng sóng dài 10 giây.

Nhịp đập mà ta có thể nghe được kéo dài 10 giây.

Biên độ khác nhau

Nếu hai tần số giống nhau có biên độ khác nhau thì sẽ khác nhau như thế nào? Hình minh họa kết quả của hai tín hiệu nếu một tín hiệu nhỏ hơn tín hiệu trước đó.

Khi hai tín hiệu lệch pha 180 độ, tổng của chúng không bằng 0. Khi chúng cùng pha, tổng của chúng không cao về biên độ.

Phân tích phổ của nhịp beating

Thật khó để biết được từ một phổ được lưu trữ liệu có xảy ra hiện tượng beating hay không. Có thể là một tần số cụ thể thay đổi mạnh từ lần đọc (đo) này sang lần đo khác, có thể là kết quả của việc thu thập dữ liệu khi các tín hiệu cùng pha trong một phép đo và lệch pha trong phép đo tiếp theo.

Sẽ dễ dàng hơn nhiều để phát hiện ra nhịp beating khi thu thập các phép đo tại máy. Nếu độ phân giải không đủ để tách hai tín hiệu, một đỉnh sẽ tăng và giảm. Có thể là do beating. Nếu hai tần số cách nhau 1 Hz, đỉnh sẽ tăng và giảm một lần mỗi giây.

Trên thực tế, điều này ảnh hưởng tới chúng ta như thế nào?

Khi hai máy chạy ở tốc độ rất giống nhau và có đường truyền cơ học tốt giữa chúng, thì có thể xảy ra va đập. Mức độ rung động trên cả hai máy có thể dao động giữa các mức khá thấp đến khá cao và do đó là mức độ phá hủy.

Trong một ví dụ gần đây, mức độ rung động tăng dần từ 3 mm/giây (0,17 in/giây) đến 20 mm/giây (1,1 in/giây) trong khoảng thời gian 10 phút (mức độ rung động thông thường là khoảng 10 mm/giây (0,56 in/giây). Điều này gây hại rất lớn cho máy.

Điều chỉnh beating (nhịp đập)

Để khắc phục tình hình, tốc độ phải được kiểm soát hoặc tìm hiểu lý do tại sao tốc độ của một trong các máy đã thay đổi. Trong ví dụ trên, một trong các máy đã được cân bằng gần đây và khi một trong các khối lượng cân bằng được tháo ra, beating dừng lại.

Cách thứ hai để khắc phục tình hình là kiểm tra cách rung động được truyền từ máy này sang máy khác. Trong hầu hết các trường hợp, sẽ có một số thay đổi gần đây đối với một hoặc cả hai máy móc dẫn đến hiện tượng beat này. Việc cô lập các đế và nền tảng giúp loại bỏ đường truyền giữa hai máy móc.

ĐIỂM CHÍNH

  • Học sinh cần hiểu khái niệm beating
  • Khi hai sóng sin có tần số hơi khác nhau đi vào và ra khỏi pha nhau, chúng sẽ cộng và trừ lẫn nhau.
  • Học sinh cần hiểu rằng một vấn đề tiềm ẩn khi đánh là tổng biên độ có thể gây ra mức độ rung động cao, gây tổn thương.
  • Học sinh phải có khả năng tính toán tần số beat và chu kỳ beat.
  • Học sinh phải có khả năng xác định beating theo dạng sóng thời gian và phổ.
  • Học sinh phải có khả năng giải quyết vấn đề beating.