Hanning-ikkunan ymmärtäminen

Määritelmä: Mikä on Hanning-ikkuna?

The Hanning-ikkuna on tietyntyyppinen matemaattinen funktio, jota sovelletaan aika-aaltomuotodataan ennen kuin se käsitellään Nopea Fourier-muunnos (FFT)Se on yksi yleisimmin käytetyistä ikkunointi värähtelyanalyysin toimintoja. Hanning-ikkunan tarkoituksena on minimoida virhe, joka tunnetaan nimellä spektraalinen vuoto.

Ikkunalla on tasainen, kellomainen muoto. Kun se kerrotaan aikasignaalilla, se pakottaa signaalin nollaksi aikalohkon alussa ja lopussa ja jättää signaalin keskikohdan muuttumattomaksi. Tämä kapeneva prosessi varmistaa, että näytelohkon rajoilla ei ole teräviä, keinotekoisia epäjatkuvuuksia.

Miksi Hanning-ikkuna on välttämätön? (Spektrivuoto)

FFT-algoritmi olettaa pohjimmiltaan, että analysoitava äärellinen aikalohko edustaa yhtä täydellistä, toistuvaa signaalin sykliä. Tämä oletus pitää paikkansa vain, jos jokaisen taajuuskomponentin kokonaismäärä syklejä sopii täsmälleen aikalohkoon. Pyörivästä koneesta tulevassa todellisessa signaalissa näin ei juuri koskaan ole.

Kun tallennetaan muu kuin kokonaislukumäärä syklejä, aikalohkon loppu ei vastaa alkua. FFT näkee tämän epäsuhdan jyrkkänä hyppynä tai epäjatkuvuutena. Tämä keinotekoinen epäjatkuvuuskohta sisältää energiaa, joka ei ole osa todellista signaalia, ja tämä energia "vuotaa" ympäröiviin taajuusalueisiin FFT-spektrissä. Tämä vuoto voi:

• Saadakseen yhden, terävän taajuushuipun näyttämään leveältä, suttuiselta piikkiltä, mikä vaikeuttaa tarkan taajuuden paikantamista.
• Peitä matalan amplitudin omaavat signaalit, jotka ovat taajuudeltaan lähellä korkean amplitudin omaavia signaaleja.

Miten Hanning-ikkuna ratkaisee ongelman

Pakottamalla signaalin nollaan aikalohkon rajoilla Hanning-ikkuna poistaa keinotekoisen epäjatkuvuuden. FFT näkee nyt tasaisesti muuttuvan, jaksollisen signaalin, jota se voi käsitellä paljon tarkemmin. Tuloksena on merkittävä spektrivuodon väheneminen, mikä johtaa:

• Parannettu taajuustarkkuus: Levitymisvaikutus vähenee ja spektrin taajuushuiput terävöityvät ja selkeämmin määrittyvät.
• Parannettu amplituditarkkuus: Vaikka ikkuna hieman pienentää kokonaishuipun amplitudia (analysaattori käyttää tunnettua korjauskerrointa kompensoimaan), oikean taajuusalueen amplitudilukema on tarkempi, koska viereisiin taajuusalueisiin on vuotanut vähemmän energiaa.

Milloin käyttää Hanning-ikkunaa

Hanningin ikkuna on oletusarvoinen, yleiskäyttöinen ikkuna useimpiin vakiotilaisiin koneiden värähtelyanalyyseihin. Se tarjoaa erittäin hyvän kompromissin taajuusresoluution (kuinka hyvin lähellä toisiaan olevat taajuudet voidaan erottaa) ja amplituditarkkuuden välillä. Sitä tulisi käyttää valtaosassa rutiininomaisia FFT-mittauksia koneissa, kuten moottoreissa, pumpuissa, tuulettimissa ja kompressoreissa.

Muita ikkunoita, kuten Flattop (korkean amplitudin tarkkuutta varten) tai Uniform (transienttitapahtumille), käytetään erikoistuneempiin sovelluksiin, mutta Hanning on vakiovalinta yleiseen diagnostiikkaan.

← Takaisin päähakemistoon