Comprendre la fuite spectrale
Définition : Qu'est-ce que la fuite spectrale ?
Fuite spectrale est une forme d'erreur de mesure qui se produit pendant la Transformée de Fourier rapide (FFT) Analyse d'un signal. Il s'agit de l'étalement ou de la propagation de l'énergie d'un pic de fréquence unique et discret vers des intervalles de fréquence adjacents. Cette fuite peut fausser l'amplitude et la fréquence du signal vibratoire réel, masquant potentiellement des signaux plus faibles ou conduisant à un diagnostic erroné.
La cause profonde : la discontinuité
La fuite spectrale est causée par une violation de l'hypothèse fondamentale de la FFT. L'algorithme FFT suppose que le bloc fini de données temporelles analysé constitue un cycle unique et parfaitement répétitif d'un signal périodique. Pour être parfaitement périodique, la valeur du signal à la fin du bloc temporel doit être identique à sa valeur au début.
En pratique, lors de l'analyse d'un signal vibratoire réel, il est quasiment impossible de capturer un bloc temporel contenant un nombre entier exact de cycles pour chaque composante de fréquence. Il en résulte une discontinuité où la fin du signal ne correspond pas au début. L'algorithme FFT interprète ce saut brusque comme un événement transitoire à haute fréquence, similaire à un impact. Ce transitoire artificiel contient de l'énergie qui ne fait pas partie du signal d'origine, et c'est cette énergie qui « fuit » sur une large plage de fréquences dans le spectre résultant.
Les effets de la fuite spectrale
Le maculage de l’énergie causé par la fuite spectrale a deux principaux effets négatifs :
- Précision d'amplitude réduite : L'énergie qui aurait dû être concentrée dans une seule tranche de fréquence est maintenant dispersée sur plusieurs. De ce fait, l'amplitude du pic principal est inférieure à sa valeur réelle, tandis que les amplitudes des tranches adjacentes des lobes secondaires sont artificiellement augmentées.
- Résolution de fréquence réduite : La fuite peut être si importante qu'elle masque complètement les pics de fréquence plus petits et proches. Un faible signal provenant d'un défaut de roulement, par exemple, pourrait être complètement perdu dans la « jupe » de la fuite d'un pic de déséquilibre important de 1X.
La solution : le fenêtrage
La fuite spectrale est contrôlée en utilisant fenêtrage fonctions. Une fenêtre est une fonction mathématique qui est multipliée par les données de forme d'onde temporelle *avant* d'être envoyée à la FFT.
La fenêtre la plus couramment utilisée à cette fin est la Fenêtre de HanningLa fenêtre de Hanning présente une forme de cloche lisse qui atténue le signal jusqu'à zéro au début et à la fin du bloc temporel. Cette atténuation force les extrémités du signal à se correspondre, éliminant ainsi toute discontinuité artificielle.
En présentant à la FFT un signal périodique régulier, la fonction de fenêtrage réduit considérablement les fuites spectrales. Il en résulte un spectre beaucoup plus propre, avec des pics plus nets et un bruit de fond plus faible, permettant une analyse plus précise et plus sensible.