Comprensión de la fuga espectral

Definición: ¿Qué es la fuga espectral?

Fuga espectral es una forma de error de medición que ocurre durante la Transformada rápida de Fourier (FFT) Análisis de una señal. Consiste en la dispersión o dispersión de energía desde un único pico de frecuencia discreto hacia intervalos de frecuencia adyacentes. Esta fuga puede distorsionar la amplitud y la frecuencia de la señal de vibración real, lo que podría enmascarar señales más pequeñas o conducir a un diagnóstico inexacto.

La causa raíz: la discontinuidad

La fuga espectral se debe a una violación del supuesto fundamental de la FFT. El algoritmo FFT asume que el bloque finito de datos de forma de onda temporal que analiza es un ciclo único y perfectamente repetitivo de una señal periódica. Para que sea perfectamente periódica, el valor de la señal al final del bloque temporal debe ser idéntico a su valor al principio.

En la práctica, al analizar una señal de vibración real, es casi imposible capturar un bloque de tiempo que contenga un número entero exacto de ciclos para cada componente de frecuencia. Esto resulta en una discontinuidad Donde el final de la señal no coincide con el principio. El algoritmo FFT interpreta este salto brusco como un transitorio de alta frecuencia, similar a un impacto. Este transitorio artificial contiene energía que no forma parte de la señal original, y es esta energía la que se "filtra" en un amplio rango de frecuencias en el espectro resultante.

Los efectos de la fuga espectral

La dispersión de energía causada por la fuga espectral tiene dos efectos negativos principales:

1. Precisión de amplitud reducida: La energía que debería haberse concentrado en un único intervalo de frecuencia ahora se distribuye entre muchos. Esto provoca que la amplitud del pico principal sea inferior a su valor real, mientras que las amplitudes de los intervalos adyacentes de lóbulos laterales se elevan artificialmente.
2. Resolución de frecuencia reducida: La fuga puede ser tan grave que oculta por completo picos de frecuencia cercanos más pequeños. Por ejemplo, una pequeña señal de una falla en un rodamiento podría perderse por completo en la "falda" de la fuga causada por un gran pico de desequilibrio de 1X.

La solución: Ventanas

La fuga espectral se controla mediante el uso de ventanas funciones. Una ventana es una función matemática que se multiplica con los datos de la forma de onda de tiempo *antes* de enviarse a la FFT.

La ventana más común utilizada para este propósito es la Ventana de HanningLa ventana de Hanning tiene una forma suave de campana que reduce la señal hasta cero tanto al principio como al final del bloque de tiempo. Esta reducción hace que los extremos de la señal coincidan, eliminando eficazmente la discontinuidad artificial.

Al presentar la FFT con una señal periódica uniforme, la función de ventana reduce drásticamente la fuga espectral. Esto resulta en un espectro mucho más limpio, con picos más nítidos y un nivel de ruido más bajo, lo que permite un análisis más preciso y sensible.

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