درک پنجره هنینگ

تعریف: پنجره هنینگ چیست؟

The پنجره هانینگ نوع خاصی از تابع ریاضی است که قبل از پردازش یک بلوک از داده‌های شکل موج زمانی، روی آن اعمال می‌شود. تبدیل فوریه سریع (FFT)این یکی از رایج‌ترین موارد استفاده است پنجره سازی توابع در تحلیل ارتعاش. هدف پنجره هنینگ به حداقل رساندن خطایی است که به عنوان نشت طیفی.

این پنجره شکلی صاف و زنگوله‌ای دارد. وقتی در سیگنال زمانی ضرب می‌شود، سیگنال را مجبور می‌کند که در ابتدا و انتهای بلوک زمانی صفر شود و مرکز سیگنال بدون تغییر باقی می‌ماند. این فرآیند کاهش تدریجی تضمین می‌کند که بلوک نمونه حاوی ناپیوستگی‌های تیز و مصنوعی در مرزهای خود نباشد.

چرا پنجره هنینگ ضروری است؟ (نشت طیفی)

الگوریتم FFT اساساً فرض می‌کند که بلوک متناهی از داده‌های زمانی که در حال تجزیه و تحلیل آن است، نشان دهنده یک چرخه کامل و تکرارشونده از سیگنال است. این فرض تنها در صورتی صحیح است که تعداد صحیحی از چرخه‌های هر مؤلفه فرکانسی دقیقاً در بلوک زمانی قرار گیرند. در یک سیگنال دنیای واقعی از یک ماشین چرخان، تقریباً هرگز چنین نیست.

وقتی تعداد سیکل‌ها غیر صحیح باشد، انتهای بلوک زمانی با ابتدای آن مطابقت ندارد. FFT این عدم تطابق را به عنوان یک پرش یا ناپیوستگی شدید می‌بیند. این ناپیوستگی مصنوعی حاوی انرژی‌ای است که بخشی از سیگنال واقعی نیست و این انرژی به داخل محدوده‌های فرکانسی اطراف در طیف FFT "نشت" می‌کند. این نشت می‌تواند:

• باعث می‌شود یک پیک فرکانسی منفرد و تیز به صورت یک پیک پهن و پخش‌شده ظاهر شود و تعیین دقیق فرکانس را دشوار کند.
• سیگنال‌های مبهم با دامنه کم که از نظر فرکانس به سیگنال‌های با دامنه بالا نزدیک هستند.

چگونه پنجره هنینگ مشکل را حل می‌کند

با صفر کردن سیگنال در مرزهای بلوک زمانی، پنجره هنینگ ناپیوستگی مصنوعی را حذف می‌کند. اکنون FFT یک سیگنال تناوبی با گذار هموار را می‌بیند که می‌تواند آن را با دقت بسیار بیشتری پردازش کند. نتیجه، کاهش قابل توجه نشت طیفی است که منجر به موارد زیر می‌شود:

• وضوح فرکانس بهبود یافته: اثر لکه‌دار شدن کاهش می‌یابد و پیک‌های فرکانسی در طیف واضح‌تر و مشخص‌تر می‌شوند.
• دقت دامنه بهبود یافته: در حالی که پنجره، دامنه پیک کلی را کمی کاهش می‌دهد (یک ضریب تصحیح شناخته‌شده توسط آنالیزور برای جبران اعمال می‌شود)، دامنه خوانده شده در بازه فرکانسی صحیح دقیق‌تر است زیرا انرژی کمتری به بازه‌های مجاور نشت کرده است.

چه زمانی از پنجره هنینگ استفاده کنیم

پنجره هنینگ عبارت است از پنجره پیش‌فرض، همه منظوره برای اکثر تحلیل‌های ارتعاش ماشین‌آلات در حالت پایدار. این روش، مصالحه بسیار خوبی بین تفکیک‌پذیری فرکانس (چقدر خوب می‌توانید فرکانس‌های نزدیک به هم را از هم جدا کنید) و دقت دامنه ارائه می‌دهد. این روش باید برای اکثر اندازه‌گیری‌های معمول FFT در ماشین‌آلاتی مانند موتورها، پمپ‌ها، فن‌ها و کمپرسورها استفاده شود.

پنجره‌های دیگر، مانند Flattop (برای دقت دامنه بالا) یا Uniform (برای رویدادهای گذرا)، برای کاربردهای تخصصی‌تر استفاده می‌شوند، اما Hanning انتخاب استاندارد برای تشخیص عمومی است.

← بازگشت به فهرست اصلی