스펙트럼 누설 이해

정의: 스펙트럼 누설이란 무엇인가?

스펙트럼 누출 측정 중 발생하는 측정 오류의 한 형태입니다. 고속 푸리에 변환(FFT) 신호 분석. 이는 단일 불연속 주파수 피크에서 인접한 주파수 빈으로 에너지가 "번지거나" 확산되는 현상입니다. 이러한 누설은 실제 진동 신호의 진폭과 주파수를 왜곡하여 더 작은 신호를 가리거나 부정확한 진단으로 이어질 수 있습니다.

근본 원인: 불연속성

스펙트럼 누출은 FFT의 기본 가정 위반으로 인해 발생합니다. FFT 알고리즘은 분석하는 유한한 시간 파형 데이터 블록이 주기 신호의 완벽하게 반복되는 단일 사이클이라고 가정합니다. 완벽하게 주기적이 되려면 시간 블록의 맨 끝 신호 값이 맨 처음 신호 값과 동일해야 합니다.

실제로 실제 진동 신호를 분석할 때 모든 주파수 성분에 대해 정확히 정수 개수의 사이클을 포함하는 시간 블록을 포착하는 것은 거의 불가능합니다. 이로 인해 불연속 신호의 끝과 시작이 일치하지 않는 경우입니다. FFT 알고리즘은 이러한 급격한 점프를 충격과 유사한 고주파 과도 현상으로 해석합니다. 이 인공적인 과도 현상에는 원래 신호에 포함되지 않은 에너지가 포함되어 있으며, 이 에너지가 결과 스펙트럼의 광범위한 주파수에 걸쳐 "누출"됩니다.

스펙트럼 누설의 영향

스펙트럼 누출로 인한 에너지 번짐에는 두 가지 주요 부정적 영향이 있습니다.

1. 감소된 진폭 정확도: 단일 주파수 빈에 집중되어야 했던 에너지가 이제 여러 빈에 분산됩니다. 이로 인해 주 피크의 진폭은 실제 값보다 낮아지고, 인접한 "부엽" 빈의 진폭은 인위적으로 높아집니다.
2. 감소된 주파수 분해능: 누설은 매우 심각하여 근처의 더 작은 주파수 피크를 완전히 가릴 수 있습니다. 예를 들어, 베어링 결함에서 발생하는 작은 신호는 큰 1X 불평형 피크에서 발생하는 누설의 "스커트" 부분에서 완전히 손실될 수 있습니다.

솔루션: 윈도잉

스펙트럼 누출은 다음을 사용하여 제어됩니다. 윈도잉 함수. 윈도우는 FFT로 전송되기 *전에* 시간 파형 데이터와 곱해지는 수학 함수입니다.

이 목적으로 가장 일반적으로 사용되는 창은 다음과 같습니다. 한닝 윈도우해닝 윈도우는 매끄러운 종 모양으로, 시간 블록의 시작과 끝 모두에서 신호를 0으로 가늘게 줄여줍니다. 이러한 가늘어짐 현상은 신호의 끝부분을 일치시켜 인위적인 불연속성을 효과적으로 제거합니다.

FFT에 매끄럽고 주기적인 신호를 제공함으로써, 윈도잉 함수는 스펙트럼 누설을 크게 줄입니다. 그 결과, 더 선명한 피크와 더 낮은 노이즈 플로어를 가진 훨씬 더 깨끗한 스펙트럼을 얻을 수 있어 더욱 정확하고 민감한 분석이 가능합니다.

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