Het Hanning-venster begrijpen

Definitie: Wat is een Hanning-venster?

De Hanning-venster is een specifiek type wiskundige functie die wordt toegepast op een blok tijdgolfvormgegevens voordat deze door een Snelle Fouriertransformatie (FFT)Het is een van de meest gebruikte vensteren functies in trillingsanalyse. Het doel van het Hanning-venster is het minimaliseren van een fout die bekend staat als spectrale lekkage.

Het venster heeft een gladde, klokvormige vorm. Vermenigvuldigd met het tijdsignaal zorgt dit ervoor dat het signaal aan het begin en einde van het tijdblok nul is en het midden van het signaal ongewijzigd blijft. Dit taps toelopende proces zorgt ervoor dat het sampleblok geen scherpe, kunstmatige discontinuïteiten aan de randen bevat.

Waarom is een Hanning-venster nodig? (Spectrale lekkage)

Het FFT-algoritme gaat er fundamenteel van uit dat het eindige blok tijdsdata dat het analyseert één perfecte, zich herhalende cyclus van het signaal vertegenwoordigt. Deze aanname is alleen waar als een geheel aantal cycli van elke frequentiecomponent precies in het tijdsblok past. In een echt signaal van een roterende machine is dit vrijwel nooit het geval.

Wanneer een niet-geheel aantal cycli wordt vastgelegd, komt het einde van het tijdsblok niet overeen met het begin. De FFT ziet deze mismatch als een scherpe sprong of discontinuïteit. Deze kunstmatige discontinuïteit bevat energie die geen deel uitmaakt van het werkelijke signaal, en deze energie "lekt" weg naar de omliggende frequentiegebieden in het FFT-spectrum. Deze lekkage kan:

• Zorg ervoor dat een enkele, scherpe frequentiepiek wordt weergegeven als een brede, uitgesmeerde piek, waardoor het moeilijk wordt om de exacte frequentie vast te stellen.
• Onduidelijke signalen met een lage amplitude die qua frequentie dicht bij signalen met een hoge amplitude liggen.

Hoe het Hanning-venster het probleem oplost

Door het signaal aan de grenzen van het tijdsblok naar nul te forceren, verwijdert het Hanning-venster de kunstmatige discontinuïteit. De FFT ziet nu een vloeiend, periodiek signaal, dat hij veel nauwkeuriger kan verwerken. Het resultaat is een aanzienlijke vermindering van spectrale lekkage, wat leidt tot:

• Verbeterde frequentieresolutie: Het versmeringseffect wordt verminderd en de frequentiepieken in het spectrum worden scherper en duidelijker gedefinieerd.
• Verbeterde amplitudenauwkeurigheid: Hoewel het venster de algehele piekamplitude enigszins verlaagt (ter compensatie past de analysator een bekende correctiefactor toe), is de amplitudemeting bij de juiste frequentiebin nauwkeuriger, omdat er minder energie naar aangrenzende bins is gelekt.

Wanneer een Hanning-venster gebruiken

Het Hanning-venster is de standaard, algemeen venster Voor de meeste trillingsanalyses van machines in stationaire toestand. Het biedt een zeer goed compromis tussen frequentieresolutie (hoe goed u dicht bij elkaar liggende frequenties kunt scheiden) en amplitudenauwkeurigheid. Het zou gebruikt moeten worden voor de overgrote meerderheid van de routinematige FFT-metingen aan machines zoals motoren, pompen, ventilatoren en compressoren.

Andere vensters, zoals Flattop (voor een hoge amplitudenauwkeurigheid) of Uniform (voor transiënte gebeurtenissen), worden gebruikt voor meer gespecialiseerde toepassingen, maar Hanning is de standaardkeuze voor algemene diagnostiek.

← Terug naar hoofdindex