Capire la finestra di Hanning

Definizione: Che cos'è una finestra di Hanning?

Il Finestra di Hanning è un tipo specifico di funzione matematica applicata a un blocco di dati di forma d'onda temporale prima che venga elaborato da un Trasformata di Fourier veloce (FFT)È uno dei più comunemente usati finestratura funzioni nell'analisi delle vibrazioni. Lo scopo della finestra di Hanning è quello di minimizzare un errore noto come perdita spettrale.

La finestra ha una forma liscia, simile a una campana. Moltiplicata per il segnale temporale, forza il segnale a zero all'inizio e alla fine del blocco temporale, lasciando invariato il centro del segnale. Questo processo di rastremazione garantisce che il blocco di campionamento non contenga discontinuità nette e artificiali ai suoi confini.

Perché è necessaria una finestra di Hanning? (Perdita spettrale)

L'algoritmo FFT presuppone fondamentalmente che il blocco finito di dati temporali analizzato rappresenti un ciclo perfetto e ripetitivo del segnale. Questa ipotesi è vera solo se un numero intero di cicli di ogni componente di frequenza rientra esattamente nel blocco temporale. In un segnale reale proveniente da una macchina rotante, questo non si verifica quasi mai.

Quando viene catturato un numero non intero di cicli, la fine del blocco temporale non corrisponde all'inizio. La FFT interpreta questa discrepanza come un brusco salto o discontinuità. Questa discontinuità artificiale contiene energia che non fa parte del segnale reale e questa energia "si disperde" nelle bande di frequenza circostanti nello spettro FFT. Questa dispersione può:

• Fa sì che un singolo picco di frequenza netto appaia come un picco ampio e sfocate, rendendo difficile individuare la frequenza esatta.
• Segnali oscuri di bassa ampiezza che hanno una frequenza simile a quella dei segnali di alta ampiezza.

Come la finestra di Hanning risolve il problema

Forzando il segnale a zero ai confini del blocco temporale, la finestra di Hanning rimuove la discontinuità artificiale. La FFT ora vede un segnale periodico in transizione graduale, che può elaborare con molta più precisione. Il risultato è una significativa riduzione della perdita spettrale, che porta a:

• Risoluzione di frequenza migliorata: L'effetto di sbavatura si riduce e i picchi di frequenza nello spettro diventano più nitidi e definiti in modo più chiaro.
• Precisione dell'ampiezza migliorata: Sebbene la finestra riduca leggermente l'ampiezza di picco complessiva (l'analizzatore applica un fattore di correzione noto per compensare), la lettura dell'ampiezza nel bin di frequenza corretto è più accurata perché meno energia è dispersa nei bin adiacenti.

Quando utilizzare una finestra Hanning

La finestra di Hanning è la finestra predefinita per uso generale Per la maggior parte delle analisi delle vibrazioni di macchinari in regime stazionario. Offre un ottimo compromesso tra risoluzione in frequenza (quanto bene si riescono a separare frequenze vicine) e accuratezza in ampiezza. Dovrebbe essere utilizzato per la stragrande maggioranza delle misurazioni FFT di routine su macchine come motori, pompe, ventilatori e compressori.

Altre finestre, come Flattop (per un'elevata precisione di ampiezza) o Uniform (per eventi transitori), vengono utilizzate per applicazioni più specializzate, ma Hanning è la scelta standard per la diagnostica generale.

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