A Hanning-ablak megértése

Definíció: Mi az a Hanning-ablak?

A Hanning ablak egy speciális típusú matematikai függvény, amelyet egy időhullám-formátumú adatblokkra alkalmaznak, mielőtt azt egy Gyors Fourier-transzformáció (FFT)Ez az egyik leggyakrabban használt ablakozás funkciók a rezgésanalízisben. A Hanning-ablak célja, hogy minimalizálja az úgynevezett hibát spektrális szivárgás.

Az ablak sima, harang alakú. Az időjellel szorozva a jelet nullára kényszeríti az időblokk elején és végén, a jel közepét pedig változatlanul hagyja. Ez a szűkítési folyamat biztosítja, hogy a mintavételi blokk határain ne legyenek éles, mesterséges folytonossághiányok.

Miért szükséges a Hanning-ablak? (Spektrális szivárgás)

Az FFT algoritmus alapvetően azt feltételezi, hogy az általa elemzett véges időblokk a jel egyetlen tökéletes, ismétlődő ciklusát jelenti. Ez a feltételezés csak akkor igaz, ha minden frekvenciakomponens egész számú ciklusa pontosan belefér az időblokkba. Egy forgó gép valós jelében ez szinte soha nincs így.

Amikor nem egész számú ciklust rögzítenek, az időblokk vége nem egyezik meg a kezdetével. Az FFT ezt az eltérést éles ugrásként vagy folytonossághiányként érzékeli. Ez a mesterséges folytonossághiány olyan energiát tartalmaz, amely nem része a valódi jelnek, és ez az energia „kiszivárog” az FFT spektrumában lévő környező frekvenciasávokba. Ez a szivárgás a következőket okozhatja:

• Egyetlen, éles frekvenciacsúcs széles, elmosódott csúcsként jelenik meg, ami megnehezíti a pontos frekvencia meghatározását.
• Eltakarja az alacsony amplitúdójú jeleket, amelyek frekvenciájukban közel vannak a nagy amplitúdójú jelekhez.

Hogyan oldja meg a Hanning-ablak a problémát?

Azzal, hogy a jelet az időblokk határain nullára kényszeríti, a Hanning-ablak megszünteti a mesterséges folytonossághiányt. Az FFT most egy simán átmenő, periodikus jelet lát, amelyet sokkal pontosabban tud feldolgozni. Az eredmény a spektrális szivárgás jelentős csökkenése, ami a következőkhöz vezet:

• Javított frekvenciafelbontás: A maszatolódási hatás csökken, a spektrum frekvenciacsúcsai élesebbé és tisztábban definiálttá válnak.
• Javított amplitúdópontosság: Míg az ablak kissé csökkenti a teljes csúcsamplitúdót (az analizátor egy ismert korrekciós tényezőt alkalmaz a kompenzálásra), a megfelelő frekvenciasávban leolvasott amplitúdó pontosabb, mivel kevesebb energia szivárog a szomszédos sávokba.

Mikor használjunk Hanning ablakot?

A Hanning-ablak a alapértelmezett, általános célú ablak a legtöbb állandósult állapotú gép rezgéselemzéséhez. Nagyon jó kompromisszumot biztosít a frekvenciafelbontás (milyen jól lehet szétválasztani az egymáshoz közeli frekvenciákat) és az amplitúdópontosság között. A rutinszerű FFT-mérés túlnyomó többségéhez kell használni olyan gépeken, mint a motorok, szivattyúk, ventilátorok és kompresszorok.

Más ablakokat, mint például a Flattop-ot (nagy amplitúdópontossághoz) vagy az Uniform-ot (tranziens eseményekhez), speciálisabb alkalmazásokhoz használnak, de az általános diagnosztikához a Hanning a standard választás.

← Vissza a fő tartalomjegyzékhez