Aknakujunduse mõistmine FFT-analüüsis

Definitsioon: Mis on aknafunktsioon?

A akendamisfunktsioonehk „aken” on matemaatiline funktsioon, mida rakendatakse aja lainekuju andmeplokile enne selle töötlemist kiire Fourier' teisenduse (FFT) algoritmiga. Akna kuju on loodud signaali amplituudi sujuvaks vähendamiseks nullini ajaploki alguses ja lõpus. See protsess on signaali töötlemise oluline etapp, mis minimeerib teatud tüüpi viga, mida nimetatakse spektraalne leke, parandades seeläbi saadud sagedusspektri täpsust.

Probleem: Spektraalne leke

FFT algoritmil on loomupärane eeldus: see eeldab, et analüüsitav lõplik ajablokk on perioodilise signaali üksik, ideaalselt korduv tsükkel. Tegelikkuses see peaaegu kunagi nii ei ole. Andmete kogumise alguses ja lõpus tekivad ajabloki piiridele teravad, kunstlikud katkestused, kuna signaali lõpp ei ühti ideaalselt algusega.

FFT tõlgendab neid järske "hüppeid" kõrgsageduslike komponentidena, mida tegelikus signaalis tegelikult ei eksisteeri. See põhjustab ühe tõelise sageduspiigi energia "lekke" spektri külgnevatesse sagedusvahemikesse. Spektraalse lekke tagajärjed on järgmised:

• Vähendatud amplituudi täpsus: Piigi mõõdetud amplituud on selle tegelikust väärtusest väiksem, kuna selle energia on laiali jaotatud.
• Laienenud tipud: Tipp tundub laiem ja vähem määratletud, kui see peaks olema.
• Resolutsiooni kaotus: Leke võib tõsta mürataset suure tipu ümber, muutes võimatuks näha väiksemaid, lähedalasuvaid sagedustippusid.

Lahendus: akna paigaldamine

Aknafunktsioon lahendab selle probleemi, sundides signaali sujuvalt perioodiliseks ajaploki piires. Korrutades toore ajalainekuju aknafunktsiooniga, vähendatakse ploki alguses ja lõpus olevad amplituudid nullini. See välistab järsud katkestused, "pettes" FFT-d nägema sujuvat ja pidevat signaali.

Tulemuseks on palju puhtam spekter, millel on:

• Märkimisväärselt paranenud amplituudi täpsus.
• Teravamad ja selgemini määratletud sageduspiigid.
• Madalam müratase, mis võimaldab väikeste signaalide nägemist suurte signaalide kõrval.

Levinumad Windowsi tüübid

Aknafunktsioone on palju erinevaid, millel kõigil on veidi erinevad omadused. Üldotstarbelise masinate vibratsioonianalüüsi jaoks kasutatakse peaaegu alati ühte akent:

Hanningi aken

The Hanningi aken pakub väga head kompromissi sagedusresolutsiooni ja amplituudi täpsuse vahel ning see on soovitatav ja vaikimisi aken praktiliselt kõigi standardsete masinate vibratsioonimõõtmiste jaoks. Kui teil pole väga konkreetset põhjust teisiti teha, tuleks alati kasutada Hanningi akent.

Muud aknad

• Ristkülikukujuline aken (või ühtlane/puudub): See on samaväärne akna puudumise rakendamisega. Sellel on parim sagedusresolutsioon, kuid halvim spektraalne leke. See sobib ainult siis, kui signaal on ajabloki piires teadaolevalt täiesti perioodiline või väga teravate, mööduvate sündmuste analüüsimiseks.

– Lameda ülaosaga aken: See aken pakub kõige täpsemaid amplituudimõõtmisi, kuid sellel on väga halb sagedusresolutsioon (väga laiad piigid). Seda kasutatakse kalibreerimise eesmärgil või kui piigi täpne amplituud on olulisem kui selle täpne sagedus.

– Hammingi aken: Väga sarnane Hanningi aknaga, väikeste kompromissidega.

Millal akent kasutada

Masinate seisukorra jälgimise lihtne reegel on: kasutage alati Hanningi akent üldiseks spektraalanalüüsiks. Akna keelamine toob kaasa ebatäpsed ja potentsiaalselt eksitavad andmed. Kaasaegsed vibratsioonianalüsaatorid rakendavad Hanningi akent vaikimisi, kuna see on oluline usaldusväärse ja täpse sagedusspektri loomiseks.

← Tagasi põhiindeksi juurde