Pochopení Hanningova okna

Definice: Co je Hanningovo okno?

Na stránkách Hanningovo okno je specifický typ matematické funkce aplikované na blok dat časového průběhu před jeho zpracováním Rychlá Fourierova transformace (FFT)Je to jeden z nejčastěji používaných okenování funkce ve vibrační analýze. Účelem Hanningova okna je minimalizovat chybu známou jako spektrální únik.

Okno má hladký, zvonovitý tvar. Po vynásobení časovým signálem se signál na samém začátku a konci časového bloku vynuluje a střed signálu zůstává nezměněn. Tento proces zužování zajišťuje, že blok vzorku neobsahuje na svých hranicích ostré, umělé nespojitosti.

Proč je Hanningovo okno nezbytné? (Spektrální únik)

Algoritmus FFT v zásadě předpokládá, že konečný blok časových dat, který analyzuje, představuje jeden dokonalý, opakující se cyklus signálu. Tento předpoklad platí pouze tehdy, pokud celý počet cyklů každé frekvenční složky přesně zapadá do časového bloku. V reálném signálu z rotujícího stroje to téměř nikdy neplatí.

Pokud je zachycen neceločíselný počet cyklů, konec časového bloku se neshoduje se začátkem. FFT vnímá tento nesoulad jako ostrý skok nebo diskontinuitu. Tato umělá diskontinuita obsahuje energii, která není součástí skutečného signálu, a tato energie „uniká“ do okolních frekvenčních intervalů ve spektru FFT. Tento únik může:

• Způsobují, že se jeden ostrý frekvenční vrchol jeví jako široký, rozmazaný vrchol, což ztěžuje přesné určení frekvence.
• Zakryjte signály s nízkou amplitudou, které se frekvencí blíží signálům s vysokou amplitudou.

Jak Hanningovo okno řeší problém

Vynuceným nastavením signálu na nulu na hranicích časového bloku Hanningovo okno odstraňuje umělou diskontinuitu. FFT nyní vidí plynule přecházející, periodický signál, který může zpracovat mnohem přesněji. Výsledkem je významné snížení spektrálního úniku, což vede k:

• Vylepšené frekvenční rozlišení: Efekt rozmazání je snížen a frekvenční vrcholy ve spektru jsou ostřejší a jasněji definované.
• Vylepšená přesnost amplitudy: I když okno mírně snižuje celkovou amplitudu píku (analyzátor pro kompenzaci používá známý korekční faktor), je odečet amplitudy ve správném frekvenčním intervalu přesnější, protože do sousedních intervalů uniklo méně energie.

Kdy použít Hanningovo okno

Hanningovo okno je výchozí okno pro všeobecné použití pro většinu analýz vibrací strojů v ustáleném stavu. Nabízí velmi dobrý kompromis mezi frekvenčním rozlišením (jak dobře lze oddělit blízké frekvence) a přesností amplitudy. Měl by být používán pro drtivou většinu rutinních měření FFT na strojích, jako jsou motory, čerpadla, ventilátory a kompresory.

Jiná okna, jako například Flattop (pro vysokou přesnost amplitudy) nebo Uniform (pro přechodové jevy), se používají pro specializovanější aplikace, ale Hanning je standardní volbou pro obecnou diagnostiku.

← Zpět na hlavní index