Κατανόηση του παραθύρου Hanning

Ορισμός: Τι είναι ένα παράθυρο Hanning;

Το Παράθυρο Χάνινγκ είναι ένας συγκεκριμένος τύπος μαθηματικής συνάρτησης που εφαρμόζεται σε δεδομένα κυματομορφής ενός μπλοκ χρόνου πριν υποβληθούν σε επεξεργασία από ένα Γρήγορος Μετασχηματισμός Φουριέ (FFT)Είναι ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα παράθυρο λειτουργίες στην ανάλυση κραδασμών. Ο σκοπός του παραθύρου Hanning είναι να ελαχιστοποιήσει ένα σφάλμα γνωστό ως φασματική διαρροή.

Το παράθυρο έχει ένα λείο, σχήμα καμπάνας. Όταν πολλαπλασιάζεται με το χρονικό σήμα, αναγκάζει το σήμα να είναι μηδέν στην αρχή και στο τέλος του χρονικού μπλοκ και αφήνει το κέντρο του σήματος αμετάβλητο. Αυτή η διαδικασία κωνικότητας διασφαλίζει ότι το μπλοκ δειγματοληψίας δεν περιέχει αιχμηρές, τεχνητές ασυνέχειες στα όριά του.

Γιατί είναι απαραίτητο ένα παράθυρο Hanning; (Φασματική διαρροή)

Ο αλγόριθμος FFT υποθέτει ουσιαστικά ότι το πεπερασμένο μπλοκ χρονικών δεδομένων που αναλύει αντιπροσωπεύει έναν τέλειο, επαναλαμβανόμενο κύκλο του σήματος. Αυτή η υπόθεση ισχύει μόνο εάν ένας ακέραιος αριθμός κύκλων κάθε συνιστώσας συχνότητας ταιριάζει ακριβώς στο μπλοκ χρονικού διαστήματος. Σε ένα πραγματικό σήμα από μια περιστρεφόμενη μηχανή, αυτό σχεδόν ποτέ δεν συμβαίνει.

Όταν καταγράφεται ένας μη ακέραιος αριθμός κύκλων, το τέλος του χρονικού μπλοκ δεν ταιριάζει με την αρχή. Το FFT βλέπει αυτήν την αναντιστοιχία ως ένα απότομο άλμα ή ασυνέχεια. Αυτή η τεχνητή ασυνέχεια περιέχει ενέργεια που δεν αποτελεί μέρος του πραγματικού σήματος και αυτή η ενέργεια «διαρρέει» στα περιβάλλοντα ζεύγη συχνοτήτων στο φάσμα FFT. Αυτή η διαρροή μπορεί:

• Προκαλεί μια ενιαία, αιχμηρή κορυφή συχνότητας να εμφανίζεται ως μια ευρεία, μουτζουρωμένη κορυφή, καθιστώντας δύσκολο τον εντοπισμό της ακριβούς συχνότητας.
• Ασαφή σήματα χαμηλού πλάτους που έχουν παρόμοια συχνότητα με τα σήματα υψηλού πλάτους.

Πώς το παράθυρο Hanning λύνει το πρόβλημα

Αναγκάζοντας το σήμα να μηδενιστεί στα όρια του χρονικού μπλοκ, το παράθυρο Hanning εξαλείφει την τεχνητή ασυνέχεια. Το FFT βλέπει τώρα ένα ομαλά μεταβαλλόμενο, περιοδικό σήμα, το οποίο μπορεί να επεξεργαστεί με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια. Το αποτέλεσμα είναι μια σημαντική μείωση της φασματικής διαρροής, που οδηγεί σε:

• Βελτιωμένη ανάλυση συχνότητας: Το φαινόμενο της κηλίδωσης μειώνεται και οι κορυφές συχνότητας στο φάσμα γίνονται πιο έντονες και πιο σαφώς καθορισμένες.
• Βελτιωμένη ακρίβεια πλάτους: Ενώ το παράθυρο μειώνει ελαφρώς το συνολικό πλάτος της κορυφής (ένας γνωστός συντελεστής διόρθωσης εφαρμόζεται από τον αναλυτή για αντιστάθμιση), η ένδειξη πλάτους στο σωστό εύρος συχνοτήτων είναι πιο ακριβής επειδή έχει διαρρεύσει λιγότερη ενέργεια σε γειτονικά πεδία.

Πότε να χρησιμοποιήσετε ένα παράθυρο Hanning

Το παράθυρο Hanning είναι το προεπιλεγμένο, γενικό παράθυρο για την ανάλυση κραδασμών μηχανημάτων σε σταθερή κατάσταση. Παρέχει έναν πολύ καλό συμβιβασμό μεταξύ της ανάλυσης συχνότητας (πόσο καλά μπορείτε να διαχωρίσετε τις κοντινές συχνότητες) και της ακρίβειας πλάτους. Θα πρέπει να χρησιμοποιείται για τη συντριπτική πλειοψηφία των μετρήσεων ρουτίνας FFT σε μηχανήματα όπως κινητήρες, αντλίες, ανεμιστήρες και συμπιεστές.

Άλλα παράθυρα, όπως το Flattop (για υψηλή ακρίβεια πλάτους) ή το Uniform (για παροδικά συμβάντα), χρησιμοποιούνται για πιο εξειδικευμένες εφαρμογές, αλλά το Hanning είναι η τυπική επιλογή για γενική διάγνωση.

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο