Das Hanning-Fenster verstehen

Definition: Was ist ein Hanning-Fenster?

Die Hanning-Fenster ist ein bestimmter Typ mathematischer Funktion, die auf einen Block von Zeitwellendaten angewendet wird, bevor dieser von einem Schnelle Fourier-Transformation (FFT)Es ist eines der am häufigsten verwendeten Fensterung Funktionen in der Schwingungsanalyse. Der Zweck des Hanning-Fensters besteht darin, einen Fehler zu minimieren, der als spektrale Leckage.

Das Fenster hat eine glatte, glockenartige Form. Bei Multiplikation mit dem Zeitsignal wird das Signal am Anfang und Ende des Zeitblocks auf Null gesetzt, während die Mitte des Signals unverändert bleibt. Dieser Verjüngungsprozess stellt sicher, dass der Sample-Block an seinen Grenzen keine scharfen, künstlichen Diskontinuitäten aufweist.

Warum ist ein Hanning-Fenster notwendig? (Spektrale Leckage)

Der FFT-Algorithmus geht grundsätzlich davon aus, dass der zu analysierende endliche Zeitdatenblock einen perfekten, sich wiederholenden Zyklus des Signals darstellt. Diese Annahme ist nur dann zutreffend, wenn eine ganze Zahl von Zyklen jeder Frequenzkomponente genau in den Zeitblock passt. Bei einem realen Signal einer rotierenden Maschine ist dies fast nie der Fall.

Wenn eine nicht ganzzahlige Anzahl von Zyklen erfasst wird, stimmt das Ende des Zeitblocks nicht mit dem Anfang überein. Die FFT erkennt diese Abweichung als scharfen Sprung oder Diskontinuität. Diese künstliche Diskontinuität enthält Energie, die nicht Teil des realen Signals ist, und diese Energie „leckt“ in die umgebenden Frequenzbereiche des FFT-Spektrums. Dieser Verlust kann:

• Bewirkt, dass ein einzelner, scharfer Frequenzpeak als breiter, verschmierter Peak erscheint, wodurch es schwierig wird, die genaue Frequenz zu bestimmen.
• Verdecken Sie Signale mit niedriger Amplitude, deren Frequenz nahe an Signalen mit hoher Amplitude liegt.

Wie das Hanning-Fenster das Problem löst

Indem das Hanning-Fenster das Signal an den Grenzen des Zeitblocks auf Null setzt, beseitigt es die künstliche Diskontinuität. Die FFT sieht nun ein gleichmäßig übergehendes, periodisches Signal, das sie deutlich präziser verarbeiten kann. Das Ergebnis ist eine deutliche Reduzierung des spektralen Lecks, was zu Folgendem führt:

• Verbesserte Frequenzauflösung: Der Schmiereffekt wird reduziert und Frequenzspitzen im Spektrum werden schärfer und klarer definiert.
• Verbesserte Amplitudengenauigkeit: Während das Fenster die Gesamtspitzenamplitude leicht reduziert (zum Ausgleich wendet der Analysator einen bekannten Korrekturfaktor an), ist die Amplitudenmessung im richtigen Frequenzbereich genauer, da weniger Energie in benachbarte Bereiche gelangt ist.

Wann wird ein Hanning-Fenster verwendet?

Das Hanning-Fenster ist das Standardmäßiges Allzweckfenster Für die meisten stationären Maschinenschwingungsanalysen. Es bietet einen sehr guten Kompromiss zwischen Frequenzauflösung (wie gut Sie nahe beieinander liegende Frequenzen trennen können) und Amplitudengenauigkeit. Es sollte für die überwiegende Mehrheit der routinemäßigen FFT-Messungen an Maschinen wie Motoren, Pumpen, Lüftern und Kompressoren verwendet werden.

Andere Fenster, wie Flattop (für hohe Amplitudengenauigkeit) oder Uniform (für vorübergehende Ereignisse), werden für speziellere Anwendungen verwendet, Hanning ist jedoch die Standardwahl für die allgemeine Diagnose.

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