Razumijevanje spektralnog curenja

Definicija: Što je spektralno propuštanje?

Spektralno propuštanje je oblik pogreške mjerenja koja se javlja tijekom Brza Fourierova transformacija (FFT) analiza signala. To je "razmazivanje" ili širenje energije iz jednog, diskretnog frekvencijskog vrha u susjedne frekvencijske intervale. Ovo curenje može iskriviti amplitudu i frekvenciju pravog vibracijskog signala, potencijalno maskirajući manje signale ili dovodeći do netočne dijagnoze.

Osnovni uzrok: Diskontinuitet

Spektralno propuštanje uzrokovano je kršenjem temeljne pretpostavke FFT-a. FFT algoritam pretpostavlja da je konačni blok podataka vremenskog valnog oblika koji analizira jedan, savršeno ponavljajući ciklus periodičnog signala. Da bi signal bio savršeno periodičan, vrijednost signala na samom kraju vremenskog bloka mora biti identična njegovoj vrijednosti na samom početku.

U praksi, prilikom analize vibracijskog signala iz stvarnog svijeta, gotovo je nemoguće uhvatiti vremenski blok koji sadrži točan cijeli broj ciklusa za svaku frekvencijsku komponentu. To rezultira... diskontinuitet gdje kraj signala ne odgovara početku. FFT algoritam interpretira ovaj oštar skok kao visokofrekventni tranzijentni događaj, sličan udaru. Ovaj umjetni tranzijentni događaj sadrži energiju koja nije dio izvornog signala i upravo ta energija „curi“ kroz širok raspon frekvencija u rezultirajućem spektru.

Učinci spektralnog curenja

Razmazivanje energije uzrokovano spektralnim curenjem ima dva glavna negativna učinka:

1. Smanjena točnost amplitude: Energija koja je trebala biti koncentrirana u jednom frekvencijskom spremniku sada je raspršena među mnogima. To uzrokuje da je amplituda glavnog vrha niža od njegove stvarne vrijednosti, dok su amplitude susjednih "bočnih" spremnika umjetno povećane.
2. Smanjena frekvencijska rezolucija: Curenje može biti toliko ozbiljno da potpuno skriva manje, obližnje frekvencijske vrhove. Mali signal s kvara ležaja, na primjer, mogao bi se potpuno izgubiti u "suknji" curenja zbog velikog 1X vrha neuravnoteženosti.

Rješenje: Prozori

Spektralno propuštanje se kontrolira korištenjem prozori funkcije. Prozor je matematička funkcija koja se množi s podacima vremenskog vala *prije* nego što se pošalje FFT-u.

Najčešći prozor koji se koristi u tu svrhu je Hanningov prozorHanningov prozor ima glatki, zvonasti oblik koji sužava signal na nulu i na početku i na kraju vremenskog bloka. Ovo sužavanje prisiljava krajeve signala da se podudaraju, učinkovito uklanjajući umjetni diskontinuitet.

Predstavljanjem FFT-a s glatko periodičnim signalom, funkcija prozorskog oblikovanja dramatično smanjuje spektralno propuštanje. To rezultira puno čišćim spektrom s oštrijim vrhovima i nižom razinom šuma, što omogućuje točniju i osjetljiviju analizu.

← Natrag na glavni indeks