Logu veidošanas izpratne FFT analīzē

Definīcija: Kas ir logu veidošanas funkcija?

A logu veidošanas funkcijajeb “logs” ir matemātiska funkcija, kas tiek piemērota laika viļņu formas datu blokam, pirms to apstrādā ātrās Furjē transformācijas (FFT) algoritms. Loga forma ir izstrādāta tā, lai vienmērīgi samazinātu signāla amplitūdu līdz nullei laika bloka sākumā un beigās. Šis process ir izšķirošs signāla apstrādes solis, kas samazina noteikta veida kļūdu, kas pazīstama kā spektrālā noplūde, tādējādi uzlabojot iegūtā frekvenču spektra precizitāti.

Problēma: spektrālā noplūde

FFT algoritmam ir iekšējs pieņēmums: tas pieņem, ka analizējamais galīgais laika datu bloks ir viens, perfekti atkārtots periodiska signāla cikls. Patiesībā tas gandrīz nekad tā nav. Kad datu iegūšana sākas un apstājas, tas rada asas, mākslīgas pārtraukumus laika bloka robežās, jo signāla beigas nesakrīt perfekti ar sākumu.

FFT interpretē šos straujos "lēcienus" kā augstfrekvences komponentus, kas reālajā signālā patiesībā neeksistē. Tas izraisa enerģijas noplūdi no viena, patiesa frekvences maksimuma uz blakus esošajām frekvenču joslām spektrā. Spektrālās noplūdes sekas ir šādas:

• Samazinātas amplitūdas precizitāte: Izmērītā pīķa amplitūda būs zemāka par tā patieso vērtību, jo tā enerģija ir izkliedēta.
• Paplašinātas virsotnes: Virsotne izskatīsies platāka un mazāk izteikta, nekā tai vajadzētu būt.
• Izšķirtspējas zudums: Noplūde var paaugstināt trokšņa līmeni ap lielu maksimumu, padarot neiespējamu redzēt mazākus, tuvumā esošus frekvenču maksimumus.

Risinājums: loga pielietošana

Logu funkcija atrisina šo problēmu, vienmērīgi piespiežot signālu būt periodiskam laika blokā. Reizinot neapstrādāto laika viļņa formu ar logu funkciju, amplitūdas pašā bloka sākumā un beigās tiek samazinātas līdz nullei. Tas novērš asus pārtraukumus, efektīvi "apmānot" FFT, lai tas redzētu vienmērīgu, nepārtrauktu signālu.

Rezultāts ir daudz tīrāks spektrs ar:

• Ievērojami uzlabota amplitūdas precizitāte.
• Asāki, precīzāk definēti frekvenču pīķi.
• Zemāks trokšņu līmenis, kas ļauj mazus signālus redzēt blakus lieliem.

Izplatītākie logu veidi

Ir daudz dažādu logu veidošanas funkciju, katrai no tām ir nedaudz atšķirīgas īpašības. Vispārējas nozīmes mašīnu vibrācijas analīzei gandrīz visur tiek izmantots viens logs:

Haninga logs

Portāls Hanninga logs nodrošina ļoti labu kompromisu starp frekvences izšķirtspēju un amplitūdas precizitāti, un tas ir ieteicamais un noklusējuma logs praktiski visiem standarta mašīnu vibrācijas mērījumiem. Ja vien jums nav ļoti īpaša iemesla rīkoties citādi, vienmēr jāizmanto Hanninga logs.

Citi logi

• Taisnstūra logs (vai vienmērīgs/nav): Tas ir līdzvērtīgi loga neizmantošanai. Tam ir vislabākā frekvences izšķirtspēja, bet sliktākā spektrālā noplūde. Tas ir piemērots tikai tad, ja ir zināms, ka signāls laika blokā ir pilnīgi periodisks, vai ļoti asu, pārejošu notikumu analīzei.

– Plakanā loga: Šis logs nodrošina visprecīzākos amplitūdas mērījumus, taču tam ir ļoti slikta frekvences izšķirtspēja (ļoti plati pīķi). To izmanto kalibrēšanas nolūkos vai gadījumos, kad precīza pīķa amplitūda ir svarīgāka par tā precīzo frekvenci.

– Heminga logs: Ļoti līdzīgs Hanninga logam, ar nelieliem kompromisiem.

Kad lietot logu

Vienkāršs noteikums mašīnu stāvokļa uzraudzībai ir šāds: vienmēr izmantojiet Hanning logu vispārīgai spektrālajai analīzei. Loga atspējošana novedīs pie neprecīziem un potenciāli maldinošiem datiem. Mūsdienu vibrācijas analizatori pēc noklusējuma izmanto Hanninga logu, jo tas ir būtiski uzticama un precīza frekvenču spektra iegūšanai.

← Atpakaļ uz galveno indeksu