해닝 윈도우 이해하기
그리고 한닝 윈도우 (더 정식으로 줄리어스 폰 한의 이름을 딴 한 창)은 부드러운 종 모양의 가중치 함수입니다. 시간 파형 데이터로 전달되기 전에 고속 푸리에 변환(FFT). 가장 널리 사용되고 있는 모든 윈도잉 함수의 진동 분석, 라는 측정 인공물을 억제하는 것이 단일 목적입니다. 스펙트럼 누설. 창에 캡처된 신호를 곱하면 시간 블록의 시작과 끝에서 진폭을 부드럽게 0으로 만들면서 신호의 중심은 본질적으로 변경하지 않습니다.
1. 정의: 해닝 윈도우란 무엇인가요?
수학적으로 해닝 윈도우는 상승한 반코사인데, 매번 샘플에 첫 번째 샘플에서 0에서 상승하고 블록의 중간에서 통일에 도달한 후 마지막 샘플에서 다시 0으로 떨어지는 계수를 곱하는 방식입니다. 곡선은 다음과 같은 형식을 따릅니다. w(n) = 0.5 - 0.5-cos(2πn/N), 어디 n 는 샘플 인덱스이고 N 블록 길이를 설정합니다. 이 모양이 중요한 이유는 데이터를 갑자기 잘라내지 않고 부드럽게 가늘게 만들기 때문입니다. 엔드포인트를 0으로 구동함으로써 윈도우형 블록을 갑작스러운 단계 없이 엔드투엔드로 반복할 수 있으며, 이는 FFT가 자동으로 가정하는 조건과 정확히 일치합니다.
2. 창이 필요한 이유 스펙트럼 누출
FFT는 수신하는 유한한 샘플 블록을 다음과 같이 처리합니다. 완벽하고 끝없이 반복되는 하나의 사이클 를 계산합니다. 이 가정은 모든 주파수 성분의 전체 사이클이 블록에 정확히 들어맞는 경우에만 유효합니다. 실제 기계의 경우, 샤프트 속도가 약간씩 변동하고 관련 없는 주파수가 한꺼번에 많이 존재하는 경우에는 이러한 가정이 거의 성립하지 않습니다.
정수가 아닌 횟수의 사이클이 캡처되면 블록의 끝이 시작과 일치하지 않습니다. FFT는 이러한 불일치를 블록 경계에서 급격한 점프 또는 불연속으로 해석합니다. 이 인위적인 단계는 실제 신호의 일부가 아닌 에너지를 전달하며, 이 에너지는 주변 주파수 대역에 걸쳐 “누출”됩니다. 스펙트럼. 결과는 다음과 같습니다:
- 번짐: 하나의 날카로운 주파수 피크가 넓고 치마폭이 넓은 혹으로 퍼져 정확한 주파수를 정확히 파악하기 어렵습니다.
- 마스킹: 강한 피크 주변의 노이즈 플로어가 높아지면 근처의 작은 피크가 완전히 묻힐 수 있습니다(예: 지배적인 음에 가까운 낮은 레벨의 베어링 톤). 달리기 속도(1배) 컴포넌트입니다.
3. 해닝 윈도우로 문제를 해결하는 방법
창이 양쪽 경계에서 신호를 0으로 만들기 때문에 인위적인 불연속성이 사라집니다. 이제 FFT는 원활하게 전환되는 진정한 주기적 블록을 인식하고 훨씬 더 충실하게 처리합니다. 누설이 극적으로 감소하여 두 가지 실질적인 이점을 제공합니다:
- 더 나은 주파수 정의: 번짐이 억제되어 피크가 좁고 선명하게 분리됩니다. 간격이 좁은 피처 - 다음과 같은 주행 속도 고조파 근처에 앉아 베어링 결함 주파수 - 차별성을 유지하세요.
- 진폭 정확도 향상: 데이터를 테이퍼링하면 겉보기 피크 높이가 감소하지만 모든 분석기는 고정 진폭 보정 계수(≈1.63 또는 +2.27dB)를 적용하여 실제 레벨을 복원합니다. 인접한 구간으로 흘러 들어간 에너지가 적기 때문에 정확한 구간에서 보고된 진폭을 더 신뢰할 수 있습니다.
한 가지 비용은 메인 로브를 약간 넓히는 것인데, 해닝 윈도우 톤은 약 4빈 너비입니다. 두 개의 주파수가 이보다 더 가깝게 위치하는 경우 다른 창이 아닌 더 미세한 해상도가 필요하므로 설정 크기를 빠르게 조정하는 방법은 다음과 같습니다. FFT 해상도 계산기, 블록 길이, 샘플링 속도 및 줄 간격과 관련이 있습니다.
4. 해닝 윈도우 사용 시기
한닝 창은 기본, 범용 선택 거의 모든 정상 상태 기계 진동 측정에 사용할 수 있습니다. 주파수 분해능(가까운 피크 분리)과 진폭 정확도(올바른 레벨 판독) 사이에서 탁월한 절충점을 찾아냅니다. 모터, 펌프, 팬, 컴프레서의 일상적인 FFT 스펙트럼의 경우 압도적인 대부분의 경우에서 올바른 설정이며 휴대용 2 채널 발란셋-1A 는 샤프트 속도가 완벽하게 일정하지 않고 누출로 인해 결과가 손상될 수 있는 현장에서 진단 스펙트럼을 계산할 때 적용됩니다.
5. 다른 윈도우와 비교한 해닝
해닝 창이 유일한 옵션은 아니며, 추출하려는 내용에 따라 올바른 창을 선택하는 것이 중요합니다:
- 플랫탑: 는 매우 높은 진폭 정확도를 위해 의도적으로 주파수 분해능을 희생합니다. 센서를 보정하거나 단일 지배 음의 정확한 레벨을 판독할 때 선택할 수 있는 창입니다.
- 유니폼(직사각형/ “창 없음”): 는 테이퍼링을 전혀 적용하지 않습니다. 다음과 같은 일시적이고 충격적인 이벤트에 대해 예약되어 있습니다. 범프 테스트 - 블록 내에서 이미 0에서 시작하고 0에서 끝나므로 창이 필요하지 않습니다.
- 해닝: 균형 잡힌 중간 지점이자 일상적인 진단의 표준입니다.
요컨대 진폭이 정확해야 할 때는 플랫탑을, 독립적인 과도 현상을 캡처할 때는 유니폼을, 그 외 대부분의 경우 해닝을 사용하세요.
