FFT шинжилгээнд цонхлохыг ойлгох
Цонхлох бол өгөгдлийн блокийг Хурдны Фурье Хувиргалт руу шилжүүлэхээс өмнө математик жинлэх функц буюу “цонх”-ыг хэрэглэх дохио боловсруулах алхам юм. цаг хугацааны долгионы хэлбэр Цонхны хэлбэр нь баримтласан дохионы далайцыг хугацааны блокийн эхлэл болон төгсгөлд тэг рүү жигд бууруулж, өгөгдөл огцом үсрэлтгүйгээр хоорондоо холбогдох боломжийг олгодог. Энэ нэгэн үйлдэл нь “спектрийн нэвчилт” гэж нэрлэгддэг түгээмэл алдааг дарангуйлдаг. спектрийн нэвтрэлт мөн нарийвчлалтай чичиргээний спектр үүний тулд чухал юм. Практикт чичиргээний шинжилгээ, цонхыг зөв сонгож хэрэглэх нь цэвэр, найдвартай спектр болон бүдэг, буруу ойлголт өгөх спектрийн хоорондын ялгаа юм.
1. Тодорхойлолт: Цонхлох функц гэж юу вэ?
Цонхлох функц бол эх хугацааны блок дээр тавигддаг профайл буюу нэгээс нэг дээж бүрт зориулсан үржүүлэх коэффициентүүдийн олонлог юм. Цонхны утга 1.0 байх үед дээж өөрчлөгдөхгүйгээр дамжина; 0.0 рүү буурах тусам дээж суларна. Цонхны бараг бүгд дунд хэсгээсээ оргилдоо хүрч, хоёр төгсгөлдөө нарийсдаг тул хугацааны бичлэгийг цонхноор үржүүлэх нь баримтласан хэсгийг тэг далайцаар эхлүүлж, төгсгөх боломжийг олгодог. Математик FFT өөрчлөгдөхгүй; цонхлох нь зөвхөн хувиргалтын дотоод таамаглалууд хангагдана гэж өгөгдлийг урьдчилан бэлтгэдэг. Үүнгүйгээр мэдрэгч болон хэмжилтийн гинжний бусад хэсгүүд төгс байсан ч анализатор буцааж өгөх спектр тоон хувьд буруу байж болно.
2. Асуудал: Спектрийн нэвчилт
FFT нь дотоод таамаглалтай: шинжилж буй хугацааны төгсгөлөг блокийг мөнхийгээр давтагдах төгс мөчлөгтэй дохионы нэг бүрэн мөчлөг гэж үздэг. Бодит машин механизмын дохио бараг хэзээ ч үүнийг биелүүлдэггүй. Баримтлал санамсаргүй агшинд эхлээд, зогсох үед баримтласан блокийн төгсгөл нь эхлэлтэйгээ таарахгүй тул FFT блокыг дотор нь давтагдаж байгаа мэт харахад хил хязгаарт огцом, худал тасралтуудыг хардаг.
Хувиргалт нь эдгээр огцом үсрэлтийг машинд байхгүй бодит өндөр давтамжийн агууламж гэж тайлбарладаг. Нэг, тусдаа давтамж оргилын энерги нь хажуугийн давтамжийн савнууд руу “нэвчин” бүдгэрнэ. Үр дагавар нь гурван хэсэгтэй:
- Далайцын нарийвчлал буурах: оргилын хэмжсэн өндөр нь энергийг нь нэг саванд төвлөрүүлэхийн оронд олон саванд тархсанаас шалтгаалан бодит утгаас доогуур уншигдана.
- Өргөссөн оргилууд: шугам нь суурь физикийн шаардлагаас илүү өргөн, бага тодорхой харагдаж, давтамжийн тооцоог бүдгэрүүлнэ.
- Нарийвчлал алдагдах: тархсан энерги нь том оргилын эргэн тойрны дуу чимээний түвшинг өсгөж, жижиг хажуугийн оргилуудыг нуудаг — яг л жижиг гармоник болон хажуугийн бүслүүрүүд нь ихэвчлэн диагностик мэдээллийг агуулдаг.
3. Шийдэл: Цонх хэрэглэх
Цонхлох нь дохиог блок дотор мөчлөгтэй харагдуулах замаар нэвчилтийг засдаг. Эх долгионыг цонхноор үржүүлэх нь эхлэл болон төгсгөлийн далайцыг тэг рүү нарийсгаж, хил хязгаарын тасралтуудыг арилгаж, үр дүнд нь FFT-д тасралтгүй, завсаргүй дохиог харах боломжийг олгодог. Үр дүн нь хамаагүй цэвэр спектр:
- Далайцын нарийвчлал эрс сайжирч, оргилын өндрийг чичиргээний эрчим хязгаартай найдвартай харьцуулж болно.
- Тодорхой, илүү сайн тодорхойлогдсон давтамжийн оргилууд нь гэмтлийг тодорхой эрэмбэ эсвэл бүрэлдэхүүн хэсэгт зааж өгнө.
- Илүү бага үр дүнтэй дуу чимээний түвшин нь жижиг дохиог том дохионы хажууд тод харагдах боломжийг олгоно.
Үүний зэрэгцээ компромисс байдаг. Төгсгөлийг нарийсгах нь бичлэгийн зарим энергийг алдаж, үндсэн спектрийн хэсгийг бага зэрэг өргөдөг тул цонхлох нь нэвчилтийг ихээхэн бууруулахын тулд бага зэргийн давтамжийн нарийвчлалаар солилцдог. Цонх бүр энэ компромиссын өөр цэг дээр байрладаг тул хэд хэдэн хэлбэр оршдог.
4. Цонхны түгээмэл төрлүүд
Цонхлох функцүүдийн олон зуугаар хувилбарыг боловсруулсан бөгөөд тус бүр нь хугацааны блокийг бага зэрэг өөрөөр жинлэдэг. Ерөнхий зорилготой машин механизмын ажилд нэг нь давамгайлдаг.
Hanning цонх
Ханнингийн цонх (Hanning цонх) нь давтамжийн нарийвчлал болон далайцын нарийвчлалын хооронд гайхалтай компромисс санал болгодог бөгөөд бараг бүх стандарт эргэлдэх машин механизмын чичиргээний хэмжилтэд зөвлөж буй үндсэн сонголт юм. Өөр шалтгаан байхгүй бол Hanning цонхыг үргэлж сонгох ёстой. Энэ нь тасралтгүй, өргөн хүрээтэй үечилсэн дохионд тохирох зөв сонголт бөгөөд ийм дохио голчлон тохиолддог хүрээ бол яг байдал хяналт.
Бусад цонхнууд
- Тэгш өнцөгт цонх (Uniform эсвэл “None” гэж нэрлэгддэг): цонх огт хэрэглээгүйтэй тэнцүү. Энэ нь хамгийн сайн давтамжийн нарийвчлалтай боловч хамгийн муу спектрийн нэвчилттэй бөгөөд зөвхөн дохио блок дотор төгс мөчлөгтэй гэдэг нь мэдэгдэж байгаа үед — эсвэл цохилт шиг маш огцом, бүрэн агуулагдах түр зуурын үзэгдлийг баримтлах үед тохиромжтой.
- Flattop цонх: түгээмэл цонхнуудаас хамгийн нарийвчлалтай далайцын хэмжилтийг хангадаг боловч маш муу давтамжийн нарийвчлалтай (маш өргөн оргилуудтай) байдаг. Энэ нь калибровкын ажил болон оргилын яг амплитуд давтамжаас илүү чухал байдаг аливаа үүрэгт зориулсан цонх юм — жишээлбэл, мэдрэгчийг калибрын гэрчилгээ мэдэгдэж буй жишиг хэлбэлзүүлэгч дээр шалгах.
- Hamming цонх: Hanning цонхтой ойролцоо холбоотой, хажуугийн хэсгийн зан төлөвт бага зэргийн компромисстэй; рутин машин механизмын диагностикт ховор шаардлагатай.
5. Хэзээ цонх хэрэглэх вэ — болон нарийвчлалтай хэрхэн харилцан үйлчлэлцэх вэ
Машин механизмын төлөвийн хяналтын хувьд дүрэм энгийн: үргэлж Хэннинг цонх ашигла ерөнхий спектрийн шинжилгээнд. Цонхыг идэвхгүйжүүлэх — энгийн ажиллаж буй дохионд Тэгш өнцөгтийг сонгох — нь нэвчилт нь оргилын өндөр болон харагдах дуу чимээний түвшинг гажуудуулах тул нарийвчлалгүй, буруу ойлголт өгөх өгөгдлийг үүсгэнэ. Орчин үеийн багажууд найдвартай, нарийвчлалтай спектрийн тулд чухал учраас Hanning цонхыг үндсэн сонголт болгон хэрэглэдэг.
Цонхлох нь ганцаараа ажилладаггүй. Нарийсгах нь спектрийн шугам бүрийг өргөдөг тул та хүрч буй практик давтамжийн нарийвчлал нь цонхны сонголт болон шинжилгээний параметрүүд — блокийн урт (дээжийн тоо), дээж авах хурд болон мужны нийлбэр үр дүн юм. Оргилууд маш ойрхон байрлах үед хугацааны бичлэгийг уртасгах нь цонхыг өөрчлөхөөс илүү хурдан тодорхой болгоно; та FFT нарийвчлалын тооцоолуур хэмжилтийн тохиргоог баталгаажуулахаас өмнө энэ компромиссийг урьдчилан харах боломжтой. Цонхлох нь мөн дохиог шүүх: шүүлтүүр нь дохионоос хүсээгүй давтамжийн мужуудыг хасахад, цонх нь үлдсэн аливаа мужийг FFT итгэлтэйгээр төлөөлж чадна гэж бэлтгэдэг.
6. Талбайд цонхлох
Бодит диагностикт цонх нь ихэвчлэн шинжээч санаанд орох зүйл биш — мөн энэ нь зорилгоор хийгдсэн. Инженер спектрийг барьж авах эсвэл Balanset-1A, програм хангамж нь FFT-г тооцоолохоос өмнө автоматаар Hanning цонхыг хэрэглэдэг тул 1× ажлын хурд оргил болон түүний гармоникууд нь нэмэлт алхамгүйгээр бодит далайцаараа, зөв давтамжаараа гарч ирнэ. Зөв цонхлогдсон спектр нь ижил багаж тэнцвэргүйдэл оноо ойролцоох шуугианаас ялган, засварын дараах үр дүнг баталгаажуулна. Цонхны функц дэвсгэр дээр юу хийж байгааг ойлгох нь шинжээчдэд Flattop-ыг калибровкын шалгалтад, Rectangular-ыг цэвэр шилжилтийн үзэгдэлд зориулсан үндэслэлтэй сонголтыг хэзээ хийх ёстойг танихад тусалдаг.
