Pochopení spektrálního úniku

Definice: Co je spektrální únik?

Spektrální únik je forma chyby měření, ke které dochází během Rychlá Fourierova transformace (FFT) analýza signálu. Jedná se o „rozmazání“ neboli rozprostření energie z jediného, diskrétního frekvenčního vrcholu do sousedních frekvenčních pásem. Tento únik může zkreslit amplitudu a frekvenci skutečného vibračního signálu, což může maskovat menší signály nebo vést k nepřesné diagnóze.

Základní příčina: Diskontinuita

Spektrální únik je způsoben porušením základního předpokladu FFT. Algoritmus FFT předpokládá, že konečný blok dat časového průběhu, který analyzuje, je jediný, dokonale se opakující cyklus periodického signálu. Aby byl signál dokonale periodický, musí být hodnota signálu na samém konci časového bloku shodná s jeho hodnotou na samém začátku.

V praxi je při analýze vibračního signálu z reálného světa téměř nemožné zachytit časový blok, který obsahuje přesný celočíselný počet cyklů pro každou frekvenční složku. To má za následek... diskontinuita kde konec signálu neodpovídá začátku. Algoritmus FFT interpretuje tento ostrý skok jako vysokofrekvenční přechodový jev, podobný nárazu. Tento umělý přechodový jev obsahuje energii, která není součástí původního signálu, a právě tato energie „uniká“ v širokém rozsahu frekvencí ve výsledném spektru.

Účinky spektrálního úniku

Rozmazání energie způsobené spektrálním únikem má dva hlavní negativní účinky:

1. Snížená přesnost amplitudy: Energie, která měla být soustředěna v jednom frekvenčním koši, je nyní rozptýlena mezi mnoho dalších. To způsobuje, že amplituda hlavního vrcholu je nižší než jeho skutečná hodnota, zatímco amplitudy sousedních „postranních laloků“ jsou uměle zvýšeny.
2. Snížené frekvenční rozlišení: Únik může být tak závažný, že zcela zakryje menší, blízké frekvenční špičky. Například malý signál z poruchy ložiska by se mohl zcela ztratit v „sukni“ úniku z velké špičky nevyváženosti 1X.

Řešení: Okna

Spektrální únik je řízen pomocí okenování funkce. Okno je matematická funkce, která se vynásobí daty časového průběhu *před* odesláním do FFT.

Nejběžnějším oknem používaným pro tento účel je Hanningovo oknoHanningovo okno má hladký tvar zvonu, který zužuje signál na nulu na začátku i na konci časového bloku. Toto zužování nutí konce signálu k shodě, čímž efektivně eliminuje umělou diskontinuitu.

Prezentací FFT s hladce periodickým signálem, okenovací funkce dramaticky snižuje spektrální únik. Výsledkem je mnohem čistší spektrum s ostřejšími vrcholy a nižší úrovní šumu, což umožňuje přesnější a citlivější analýzu.

← Zpět na hlavní index