فهم نافذة هانينج

التعريف: ما هي نافذة هانينج؟

ال نافذة هانينج هو نوع محدد من الوظائف الرياضية التي يتم تطبيقها على كتلة من بيانات الموجة الزمنية قبل معالجتها بواسطة تحويل فورييه السريع (FFT). إنه أحد أكثر التطبيقات استخدامًا النوافذ وظائف في تحليل الاهتزازات. الغرض من نافذة هانينج هو تقليل الخطأ المعروف باسم تسرب طيفي.

النافذة ذات شكل جرسي أملس. عند ضربها بإشارة الوقت، تُجبر الإشارة على أن تكون صفرًا في بداية ونهاية الكتلة الزمنية، مع الحفاظ على مركز الإشارة دون تغيير. تضمن عملية التناقص هذه خلو كتلة العينة من انقطاعات حادة ومصطنعة عند حدودها.

لماذا نافذة هانينج ضرورية؟ (التسرب الطيفي)

تفترض خوارزمية تحويل فورييه السريع (FFT) أساسًا أن الكتلة المحدودة من بيانات الوقت التي تُحللها تُمثل دورةً واحدةً كاملةً ومتكررةً للإشارة. ولا ينطبق هذا الافتراض إلا إذا كان عددٌ صحيحٌ من دورات كل مُكوِّن تردديٍّ مُطابقًا تمامًا للكتلة الزمنية. أما في إشارةٍ واقعيةٍ صادرةٍ من آلةٍ دوارة، فنادرًا ما يكون هذا هو الحال.

عند التقاط عدد غير صحيح من الدورات، لا تتطابق نهاية الكتلة الزمنية مع بدايتها. يرى تحويل فورييه السريع هذا التباين كقفزة حادة أو انقطاع. يحتوي هذا الانقطاع المصطنع على طاقة لا تُشكل جزءًا من الإشارة الحقيقية، و"تتسرب" هذه الطاقة إلى صناديق التردد المحيطة في طيف تحويل فورييه السريع. يمكن لهذا التسرب أن:

• يتسبب في ظهور ذروة تردد حادة واحدة كذروة عريضة وملطخة، مما يجعل من الصعب تحديد التردد الدقيق.
• إشارات غامضة منخفضة السعة قريبة في التردد من الإشارات عالية السعة.

كيف تحل نافذة هانينج المشكلة

بإجبار الإشارة على الصفر عند حدود الكتلة الزمنية، تُزيل نافذة هانينج الانقطاع الاصطناعي. يلتقط تحويل فورييه السريع الآن إشارة انتقالية سلسة ودورية، ويمكنه معالجتها بدقة أكبر. والنتيجة هي انخفاض كبير في التسرب الطيفي، مما يؤدي إلى:

• تحسين دقة التردد: يتم تقليل تأثير التلطيخ وتصبح قمم التردد في الطيف أكثر حدة ووضوحًا.
• تحسين دقة السعة: في حين أن النافذة تقلل قليلاً من سعة الذروة الإجمالية (يتم تطبيق عامل تصحيح معروف بواسطة المحلل للتعويض)، فإن قراءة السعة في صندوق التردد الصحيح تكون أكثر دقة لأن كمية أقل من الطاقة تسربت إلى الصناديق المجاورة.

متى تستخدم نافذة هانينج

نافذة هانينج هي نافذة افتراضية للأغراض العامة يُستخدم هذا التحليل في معظم تحليلات اهتزازات الآلات ذات الحالة المستقرة. يوفر هذا التحليل توازنًا مثاليًا بين دقة التردد (مدى إمكانية فصل الترددات المتقاربة) ودقة السعة. يُستخدم في معظم قياسات تحويل فورييه السريع الروتينية على آلات مثل المحركات والمضخات والمراوح والضواغط.

تُستخدم النوافذ الأخرى، مثل Flattop (للحصول على دقة عالية في السعة) أو Uniform (للأحداث العابرة)، للتطبيقات الأكثر تخصصًا، ولكن Hanning هو الاختيار القياسي للتشخيصات العامة.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي