הבנת חלון האנינג

הגדרה: מהו חלון האנינג?

ה חלון האנינג הוא סוג מסוים של פונקציה מתמטית המוחלת על בלוק של נתוני צורת גל בזמן לפני שהם מעובדים על ידי התמרת פורייה מהירה (FFT)זהו אחד הנפוצים ביותר חלונות פונקציות בניתוח ויברציות. מטרת חלון האנינג היא למזער שגיאה המכונה דליפה ספקטרלית.

לחלון יש צורה חלקה דמוית פעמון. כאשר הוא מוכפל באות הזמן, הוא מאלץ את האות להיות אפס ממש בתחילת ובסוף בלוק הזמן ומשאיר את מרכז האות ללא שינוי. תהליך התחדדות זה מבטיח שבלוק הדגימה לא יהיו אי-רציפות חדה ומלאכותית בגבולותיו.

מדוע חלון האנינג נחוץ? (דליפה ספקטרלית)

אלגוריתם ה-FFT מניח באופן בסיסי כי בלוק נתוני הזמן הסופי שהוא מנתח מייצג מחזור אחד מושלם וחוזר על עצמו של האות. הנחה זו נכונה רק אם מספר שלם של מחזורים של כל רכיב תדר מתאים בדיוק לבלוק הזמן. באות אמיתי ממכונה מסתובבת, זה כמעט אף פעם לא המקרה.

כאשר נקלט מספר מחזורים שאינו שלם, סוף בלוק הזמן אינו תואם את תחילתו. ה-FFT רואה אי התאמה זו כקפיצה חדה או אי רציפות. אי רציפות מלאכותית זו מכילה אנרגיה שאינה חלק מהאות האמיתי, ואנרגיה זו "דולפת" החוצה אל קבוצות התדרים הסובבות בספקטרום ה-FFT. דליפה זו יכולה:

• גורם לשיא תדר יחיד וחד להופיע כשיא רחב ומרוח, מה שמקשה על קביעת מיקום מדויקת של התדר.
• אותות מעורפלים בעלי משרעת נמוכה הקרובים בתדירות לאותות בעלי משרעת גבוהה.

כיצד חלון האנינג פותר את הבעיה

על ידי כפיית האות לאפס בגבולות בלוק הזמן, חלון האנינג מסיר את אי הרציפות המלאכותית. ה-FFT רואה כעת אות מחזורי ועובר בצורה חלקה, אותו הוא יכול לעבד בצורה מדויקת הרבה יותר. התוצאה היא הפחתה משמעותית בדליפה הספקטרלית, מה שמוביל ל:

• רזולוציית תדר משופרת: אפקט המריחה מצטמצם, ושיאי התדרים בספקטרום הופכים חדים ומוגדרים יותר.
• דיוק משרעת משופר: בעוד שחלון האנרגיה מפחית מעט את משרעת השיא הכוללת (מקדם תיקון ידוע מוחל על ידי המנתח כדי לפצות), קריאת המשרעת בסל התדרים הנכון מדויקת יותר מכיוון שפחות אנרגיה דלפה לסלים סמוכים.

מתי להשתמש בחלון האנינג

חלון האנינג הוא ה חלון ברירת מחדל, לשימוש כללי עבור רוב ניתוחי הרטט של מכונות במצב יציב. הוא מספק פשרה טובה מאוד בין רזולוציית תדר (כמה טוב ניתן להפריד תדרים קרובים זה לזה) לבין דיוק אמפליטודה. יש להשתמש בו עבור הרוב המכריע של מדידות FFT שגרתיות על מכונות כמו מנועים, משאבות, מאווררים ומדחסים.

חלונות אחרים, כמו Flattop (לדיוק אמפליטודה גבוהה) או Uniform (לאירועים חולפים), משמשים ליישומים מיוחדים יותר, אך Hanning היא הבחירה הסטנדרטית לאבחון כללי.

← חזרה לאינדקס הראשי