Spektraalse lekke mõistmine

Definitsioon: Mis on spektraalne leke?

Spektraalne leke on mõõtmisvea vorm, mis tekib mõõtmise ajal Kiire Fourier' teisendus (FFT) Signaali analüüs. See on energia „laienemine“ ehk levimine ühest diskreetsest sageduspiigist külgnevatesse sagedusvahemikesse. See leke võib moonutada tegeliku vibratsioonisignaali amplituudi ja sagedust, mis võib varjata väiksemaid signaale või viia ebatäpse diagnoosini.

Põhjus: Katkematus

Spektri leke tekib FFT põhieelduste rikkumise tõttu. FFT algoritm eeldab, et analüüsitav lõplik ajablokk on perioodilise signaali üksik, ideaalselt korduv tsükkel. Selleks, et signaal oleks ideaalselt perioodiline, peab selle väärtus ajabloki lõpus olema identne selle väärtusega alguses.

Praktikas on reaalse vibratsioonisignaali analüüsimisel peaaegu võimatu jäädvustada ajablokki, mis sisaldab iga sageduskomponendi kohta täpset täisarvu tsükleid. Selle tulemuseks on katkendlikkus kus signaali lõpp ei ühti algusega. FFT algoritm tõlgendab seda järsku hüpet kõrgsagedusliku siirdesündmusena, mis sarnaneb löögiga. See kunstlik siirdesündmus sisaldab energiat, mis ei ole osa algsest signaalist, ja just see energia "lekib" välja laias sagedusvahemikus saadud spektris.

Spektraalse lekke mõjud

Spektri lekke põhjustatud energia hajumisel on kaks peamist negatiivset mõju:

1. Vähendatud amplituudi täpsus: Energia, mis oleks pidanud koonduma ühte sagedusvahemikku, on nüüd laiali jaotatud paljude vahel. See põhjustab peamise piigi amplituudi tegelikust väärtusest madalamaks, samal ajal kui külgnevate "külghõlmade" vahemike amplituudid on kunstlikult tõstetud.
2. Vähendatud sageduse eraldusvõime: Leke võib olla nii tugev, et see varjab täielikult lähedalasuvaid väiksemaid sagedustippusid. Näiteks laagrivea väike signaal võib suure 1-kordse asümmeetriatipu lekke „äärisesse“ täielikult kaduma minna.

Lahendus: Aknakujundus

Spektri lekkimist kontrollitakse, kasutades aknakate funktsioonid. Aken on matemaatiline funktsioon, mis korrutatakse aja lainekuju andmetega *enne* kui need FFT-le saadetakse.

Selleks otstarbeks kasutatav kõige levinum aken on Hanningi akenHanningi aknal on sujuv kellukesekujuline kuju, mis vähendab signaali nii ajaploki alguses kui ka lõpus nullini. See vähendamise toiming sunnib signaali otsad kokku sobima, kõrvaldades tõhusalt kunstliku katkestuse.

Esitades FFT-le sujuvalt perioodilise signaali, vähendab akendamisfunktsioon dramaatiliselt spektraalset leket. Selle tulemuseks on palju puhtam spekter teravamate tippude ja madalama müratasemega, mis võimaldab täpsemat ja tundlikumat analüüsi.

← Tagasi põhiindeksi juurde