Разбиране на спектралното изтичане

Определение: Какво е спектрално изтичане?

Спектрално изтичане е форма на грешка в измерването, която възниква по време на Бързо преобразуване на Фурие (FFT) анализ на сигнал. Това е „размазване“ или разпространение на енергия от единичен, дискретен честотен пик в съседни честотни интервали. Това изтичане може да изкриви амплитудата и честотата на истинския вибрационен сигнал, потенциално маскирайки по-малки сигнали или водещи до неточна диагноза.

Основната причина: Прекъснатост

Спектралното изтичане се причинява от нарушение на фундаменталното предположение на FFT. Алгоритъмът FFT приема, че крайният блок от данни за времева форма на вълната, който анализира, е единичен, перфектно повтарящ се цикъл на периодичен сигнал. За да бъде перфектно периодичен, стойността на сигнала в самия край на времевия блок трябва да е идентична със стойността му в самото начало.

На практика, при анализ на вибрационен сигнал от реалния свят, е почти невъзможно да се улови времеви блок, който съдържа точен цял брой цикли за всеки честотен компонент. Това води до... прекъсване където краят на сигнала не съвпада с началото. Алгоритъмът FFT интерпретира този рязък скок като високочестотно преходно събитие, подобно на удар. Този изкуствен преходен процес съдържа енергия, която не е част от оригиналния сигнал, и именно тази енергия „изтича“ в широк диапазон от честоти в получения спектър.

Ефектите от спектралното изтичане

Размазването на енергията, причинено от спектрално изтичане, има два основни отрицателни ефекта:

1. Намалена амплитудна точност: Енергията, която е трябвало да бъде концентрирана в един честотен интервал, сега е разпределена между много. Това води до това амплитудата на основния пик да е по-ниска от истинската му стойност, докато амплитудите на съседните „странични лобове“ интервали са изкуствено повишени.
2. Намалена честотна резолюция: Течът може да бъде толкова сериозен, че напълно скрива по-малки, близки честотни пикове. Слаб сигнал от повреда на лагер, например, може да бъде напълно изгубен в „полата“ на теча от голям 1X пик на дисбаланс.

Решението: Прозорец

Спектралното изтичане се контролира чрез използване прозорци функции. Прозорецът е математическа функция, която се умножава с данните за формата на вълната във времето *преди* да бъде изпратена към FFT (бързо преобразуване на Фур'е).

Най-често използваният прозорец за тази цел е Прозорец ХанингПрозорецът на Ханинг има гладка, камбановидна форма, която намалява сигнала до нула както в началото, така и в края на времевия блок. Това действие на намаляване принуждава краищата на сигнала да съвпадат, като ефективно елиминира изкуственото прекъсване.

Чрез представяне на FFT с плавно периодичен сигнал, функцията за прозоречно моделиране драстично намалява спектралното изтичане. Това води до много по-чист спектър с по-остри пикове и по-нисък шумов праг, което позволява по-точен и чувствителен анализ.

← Обратно към основния индекс