阶次谱

阶次分析是分析旋转机械噪声和振动的首要技术。阶次分析不将信号表示为频率（Hz）的函数，而是将谱内容表示为转速的倍数，称为阶次。这种方法将转速相关分量与结构共振分离，从而能够清晰地诊断旋转机械的行为。

阶次的概念

阶次是一个频率分量，为轴旋转频率的固定倍数。第一阶（阶次 1.0）对应每转一次事件。更高阶次对应每转发生多次的事件：

f_order = Order × RPM / 60

阶次	典型来源
1.0	不平衡、轴弯曲、不对中（1×）
2.0	不对中、松动、往复力
N（整数）	齿轮啮合（N = 齿数）、叶片通过（N = 叶片数）
0.43×	滑动轴承中的油膜涡动
非整数	皮带传动、轴承缺陷（BPFO、BPFI、BSF）

轴承缺陷阶次通常为非整数，取决于轴承几何结构。谛耳可以根据轴承参数（滚动体数量、节圆直径、接触角、滚动体直径）自动计算这些阶次。

重采样到角度域

在传统 FFT 中，随着 RPM 变化，跟踪轴转速的频率分量会在多个仓之间拖尾。阶次分析通过在计算频谱之前将时域信号重采样到角度域（等角度增量）来解决此问题。

重采样过程需要一个跟踪轴旋转的参考信号。这通常是转速计脉冲（每转一次或每转多次触发）。步骤如下：

转速计检测：识别每个转速计脉冲的时间瞬间。
瞬时 RPM：计算连续脉冲之间的转速。
角度重采样：利用转速计定时信息在等距角度位置处对振动/声学信号进行插值。
阶次谱：对角度域信号应用 DFT。所得谱的横轴以阶次而非 Hz 表示。

参数

参数	选项	说明
转速计通道	任意脉冲/TTL 通道	用于角度位置跟踪的参考信号。
每转脉冲数	1、2、4、8……	每轴转的转速计脉冲数。
触发电平	可调电压	检测转速计脉冲边沿的阈值。
触发斜率	上升 / 下降	脉冲检测的边沿方向。
最大阶次	10 – 200+	要计算的最高阶次。决定角度重采样率。
阶次分辨率	0.01 – 1.0 阶	阶次域中的谱分辨率。
窗类型	Hanning、Hamming 等	应用于每个角度域块的窗函数。
RPM 范围	最小 – 最大 RPM	分析的转速范围。此范围之外的数据被排除。

最大可检测阶次受角度采样率限制，而角度采样率取决于每转脉冲数和原始时域采样率。规则是： Max Order ≤ (f_s × 60) / (2 × RPM_max)，或等价地，Max Order ≤ Pulses_per_rev × (Samples_between_pulses / 2)。

输出

阶次谱将幅值（线性或 dB）显示为阶次编号的函数。每个峰值对应在该转速倍数处发生的特定机械事件。频谱可以在单个 RPM 处计算、在某个 RPM 范围内平均，或显示为跨整个转速扫描的瀑布图。

实用技巧

确保转速计信号干净且无电气噪声。误触发会产生错误的 RPM 值并破坏重采样数据。
使用尽可能高的每转脉冲数以最大化阶次范围，尤其是在分析高阶分量（齿轮啮合、叶片通过）时。
在进行阶次分析之前，验证瞬时 RPM 曲线。检查是否有缺失脉冲、双触发或不切实际的转速跳变。
当没有物理转速计时，谛耳支持计算阶次跟踪（COT），从振动信号本身提取 RPM。这需要一个主导且分离良好的阶次分量。
要获得全面的转速相关视图，参见 Campbell 图。要提取单个阶次的电平作为 RPM 的函数，参见阶次切片。

如果转速计触发电平设置不正确，系统可能将噪声检测为有效脉冲，或完全漏检合法脉冲。分析阶次前请始终验证 RPM 曲线。