Forstå Hanning-vinduet

Definisjon: Hva er et Hanning-vindu?

Den Hanning-vinduet er en spesifikk type matematisk funksjon som brukes på en blokk med tidsbølgeformdata før den behandles av en Rask Fourier-transformasjon (FFT)Det er en av de mest brukte vindusbygging funksjoner i vibrasjonsanalyse. Formålet med Hanning-vinduet er å minimere en feil kjent som spektral lekkasje.

Vinduet har en glatt, klokkelignende form. Når det multipliseres med tidssignalet, tvinger det signalet til å være null helt i begynnelsen og slutten av tidsblokken, og lar midten av signalet være uendret. Denne avsmalningsprosessen sikrer at prøveblokken ikke inneholder skarpe, kunstige diskontinuiteter ved grensene.

Hvorfor er et Hanning-vindu nødvendig? (Spektral lekkasje)

FFT-algoritmen antar fundamentalt at den endelige blokken med tidsdata den analyserer representerer én perfekt, repeterende syklus av signalet. Denne antagelsen er bare sann hvis et helt antall sykluser av hver frekvenskomponent passer nøyaktig inn i tidsblokken. I et virkelig signal fra en roterende maskin er dette nesten aldri tilfelle.

Når et ikke-heltalls antall sykluser registreres, samsvarer ikke slutten av tidsblokken med begynnelsen. FFT-en ser denne avvikelsen som et skarpt hopp eller en diskontinuitet. Denne kunstige diskontinuiteten inneholder energi som ikke er en del av det virkelige signalet, og denne energien «lekker» ut i de omkringliggende frekvensområdene i FFT-spekteret. Denne lekkasjen kan:

• Føre til at en enkelt, skarp frekvenstopp fremstår som en bred, utsmurt topp, noe som gjør det vanskelig å finne den nøyaktige frekvensen.
• Obskure signaler med lav amplitude som har nær frekvens signaler med høy amplitude.

Hvordan Hanning-vinduet løser problemet

Ved å tvinge signalet til null ved grensene til tidsblokken, fjerner Hanning-vinduet den kunstige diskontinuiteten. FFT-en ser nå et jevnt overgangsbasert, periodisk signal, som den kan behandle mye mer nøyaktig. Resultatet er en betydelig reduksjon i spektral lekkasje, noe som fører til:

• Forbedret frekvensoppløsning: Smøreeffekten reduseres, og frekvenstopper i spekteret blir skarpere og tydeligere definerte.
• Forbedret amplitude-nøyaktighet: Selv om vinduet reduserer den totale toppamplituden noe (analysatoren bruker en kjent korreksjonsfaktor for å kompensere), er amplitudeavlesningen ved riktig frekvensbås mer nøyaktig fordi mindre energi har lekket inn i tilstøtende båser.

Når skal man bruke et Hanning-vindu

Hanning-vinduet er standardvindu for generell bruk for de fleste vibrasjonsanalyser av maskiner i stabil tilstand. Den gir et svært godt kompromiss mellom frekvensoppløsning (hvor godt du kan separere frekvenser som ligger tett sammen) og amplitudenøyaktighet. Den bør brukes til de aller fleste rutinemessige FFT-målinger på maskiner som motorer, pumper, vifter og kompressorer.

Andre vinduer, som Flattop (for nøyaktighet med høy amplitude) eller Uniform (for transiente hendelser), brukes til mer spesialiserte applikasjoner, men Hanning er standardvalget for generell diagnostikk.

← Tilbake til hovedindeksen