Zrozumienie wycieku widmowego

Definicja: Czym jest wyciek widmowy?

Wyciek widmowy jest formą błędu pomiaru, który występuje podczas Szybka transformata Fouriera (FFT) Analiza sygnału. Jest to „rozmycie” lub rozprzestrzenianie energii z pojedynczego, dyskretnego szczytu częstotliwości do sąsiednich przedziałów częstotliwości. Ten wyciek może zniekształcić amplitudę i częstotliwość rzeczywistego sygnału wibracyjnego, potencjalnie maskując mniejsze sygnały lub prowadząc do błędnej diagnozy.

Przyczyna główna: nieciągłość

Wyciek widmowy jest spowodowany naruszeniem podstawowego założenia FFT. Algorytm FFT zakłada, że analizowany skończony blok danych przebiegu czasowego jest pojedynczym, idealnie powtarzającym się cyklem sygnału okresowego. Aby sygnał był idealnie okresowy, wartość sygnału na samym końcu bloku czasowego musi być identyczna z jego wartością na samym początku.

W praktyce, analizując rzeczywisty sygnał drgań, praktycznie niemożliwe jest uchwycenie bloku czasowego zawierającego dokładną liczbę całkowitą cykli dla każdej składowej częstotliwości. Prowadzi to do alkierz gdzie koniec sygnału nie pokrywa się z początkiem. Algorytm FFT interpretuje ten gwałtowny skok jako zdarzenie przejściowe o wysokiej częstotliwości, podobne do uderzenia. Ten sztuczny stan przejściowy zawiera energię, która nie jest częścią oryginalnego sygnału i to właśnie ta energia „wycieka” w szerokim zakresie częstotliwości w widmie wynikowym.

Skutki wycieku widmowego

Rozmycie energii spowodowane wyciekiem widmowym ma dwa główne negatywne skutki:

1. Zmniejszona dokładność amplitudy: Energia, która powinna być skoncentrowana w jednym przedziale częstotliwości, jest teraz rozproszona na wiele przedziałów. To powoduje, że amplituda głównego szczytu jest niższa od jego rzeczywistej wartości, podczas gdy amplitudy sąsiednich przedziałów „płatów bocznych” są sztucznie zawyżone.
2. Zmniejszona rozdzielczość częstotliwości: Wyciek może być tak poważny, że całkowicie zagłusza mniejsze, pobliskie szczyty częstotliwości. Na przykład, niewielki sygnał z awarii łożyska może zostać całkowicie utracony w „osłonie” wycieku z powodu dużego piku asymetrii 1X.

Rozwiązanie: Okno

Wyciek widmowy jest kontrolowany za pomocą okienkowanie funkcje. Okno to funkcja matematyczna, która jest mnożona przez dane przebiegu czasowego *przed* wysłaniem ich do FFT.

Najczęściej wykorzystywanym w tym celu oknem jest Okno HanningaOkno Hanninga ma gładki, dzwonowaty kształt, który zwęża sygnał do zera zarówno na początku, jak i na końcu bloku czasowego. To zwężanie wymusza dopasowanie końców sygnału, skutecznie eliminując sztuczną nieciągłość.

Dzięki prezentowaniu FFT z płynnie okresowym sygnałem, funkcja okienkowania radykalnie redukuje wyciek widmowy. Efektem jest znacznie czystsze widmo z ostrzejszymi pikami i niższym poziomem szumów, co pozwala na dokładniejszą i bardziej czułą analizę.

← Powrót do indeksu głównego