Envelope analysis (phân tích bao hiệu) là kỹ thuật xử lý tín hiệu rung dùng để phát hiện hỏng vòng bi giai đoạn sớm — bằng cách demodulate (tách bao) tín hiệu rung tần số cao để lộ ra các xung va chạm tần số thấp đặc trưng của BPFO, BPFI, BSF, FTF.

Còn gọi là High Frequency Resonance Technique (HFRT) hoặc demodulation analysis. Nguyên lý: khi vòng bi bị hỏng nhẹ, xung va chạm quá yếu để thấy trực tiếp trong phổ rung thẳng (velocity spectrum 10–1.000 Hz). Xem hướng dẫn triển khai chương trình giám sát tại bài giám sát rung động vòng bi và chọn vòng bi cầu cho thiết bị áp dụng predictive maintenance. Nhưng mỗi xung kích thích cộng hưởng cơ học của vòng bi tại tần số cao (2–40 kHz). Envelope analysis lọc băng thông xung quanh tần số cộng hưởng này, rồi lấy bao của tín hiệu, rồi FFT — để lộ ra tần số điều biên thấp (BPFO, BPFI) mà phổ rung thẳng không thấy.

Quy trình thực hiện envelope analysis

Bốn bước chuẩn theo ISO 13373-3:

Bước 1 — Chọn băng lọc (filter band): Tìm tần số cộng hưởng của vòng bi/gối đỡ bằng cách xem phổ rung — thường 2–20 kHz. Chọn băng lọc bandpass 500–2.000 Hz rộng xung quanh đỉnh cộng hưởng.

Bước 2 — Lọc và rectify: Lọc bandpass tín hiệu thô, lấy giá trị tuyệt đối (rectification).

Bước 3 — Lowpass filter: Lọc lowpass để giữ lại tín hiệu bao (envelope signal).

Bước 4 — FFT: Thực hiện FFT của tín hiệu bao → phổ bao (envelope spectrum). Tìm đỉnh tại BPFO, BPFI, BSF, FTF và harmonics của chúng.

Phát hiện sớm nhất: giai đoạn 1–2 (80–95% tuổi thọ còn lại) — trước khi phổ rung thẳng thấy bất cứ điều gì.

Ví dụ thực tế: Phát hiện hỏng sớm vòng bi 6308 C3

Tại một nhà máy thực phẩm ở Bình Dương, động cơ bơm 2.900 rpm dùng vòng bi 6308 C3 (d=40, D=90, Z=8, BPFO_factor=3,57). Phổ rung thẳng (10–1.000 Hz) bình thường, rung tổng 1,8 mm/s — dưới ngưỡng ISO 10816. Nhưng envelope analysis tại băng 8–12 kHz cho thấy đỉnh rõ tại 172,5 Hz (BPFO = 3,57 × 48,33 Hz) và 345 Hz (2×BPFO). Thay vòng bi sau 2 tuần — kiểm tra thực tế thấy spalling giai đoạn 2 ở vòng ngoài. Phổ rung thẳng chưa tăng vì vết hỏng còn nhỏ.

Phương pháp Phát hiện ở giai đoạn Trước hỏng hoàn toàn Ưu điểm
Rung tổng (ISO 10816) 3–4 2–6 tuần Đơn giản, giá rẻ
Phổ rung (FFT) 2–3 4–12 tuần Xác định loại hỏng
Envelope analysis 1–2 3–6 tháng Phát hiện sớm nhất
Phân tích dầu 2–3 (hệ thống dầu) 4–8 tuần Bổ sung cho rung