Compreendendo o Windowing na Análise FFT

Dispositivos

Balanceador portátil e analisador de vibração Balanset-1A

$2,344.68 O preço original era: $2,344.68.$2,018.20O preço atual é: $2,018.20.

Peças

Sensor de vibração

$106.85 O preço original era: $106.85.$83.10O preço atual é: $83.10.

Peças

Sensor óptico (tacômetro a laser).

$147.21 O preço original era: $147.21.$106.85O preço atual é: $106.85.

Dispositivos

Balanset-4

$8,076.37

Peças

Tamanho do suporte magnético-60-kgf

$54.61

Peças

Fita reflexiva

$11.87

Dispositivos

Balanceador dinâmico "Balanset-1A" OEM

$2,059.75 O preço original era: $2,059.75.$1,780.77O preço atual é: $1,780.77.

Definição: O que é uma função de janela?

A função de janela, ou “janela”, é uma função matemática aplicada a um bloco de dados de forma de onda temporal antes de ser processado pelo algoritmo da Transformada Rápida de Fourier (FFT). O formato da janela é projetado para reduzir suavemente a amplitude do sinal até zero no início e no final do bloco de tempo. Este processo é uma etapa crucial do processamento de sinal que minimiza um tipo específico de erro conhecido como vazamento espectral, melhorando assim a precisão do espectro de frequência resultante.

O Problema: Vazamento Espectral

O algoritmo FFT tem uma premissa inerente: ele pressupõe que o bloco finito de dados temporais que está analisando é um ciclo único e perfeitamente repetitivo de um sinal periódico. Na realidade, isso quase nunca acontece. Quando a aquisição de dados começa e para, ela cria descontinuidades artificiais e acentuadas nos limites do bloco temporal, pois o final do sinal não coincide perfeitamente com o início.

A FFT interpreta esses "saltos" bruscos como componentes de alta frequência que, na verdade, não existem no sinal real. Isso faz com que a energia de um único pico de frequência real "vaze" para intervalos de frequência adjacentes no espectro. Os efeitos do vazamento espectral são:

• Precisão de amplitude reduzida: A amplitude medida do pico será menor que seu valor real porque sua energia foi espalhada.
• Picos alargados: O pico parecerá mais largo e menos definido do que deveria ser.
• Perda de resolução: O vazamento pode aumentar o nível de ruído ao redor de um pico grande, tornando impossível ver picos de frequência menores e próximos.

A Solução: Aplicando uma Janela

Uma função de janelamento resolve esse problema forçando suavemente o sinal a ser periódico dentro do bloco de tempo. Ao multiplicar a forma de onda de tempo bruta pela função de janela, as amplitudes no início e no final do bloco são reduzidas a zero. Isso elimina as descontinuidades acentuadas, efetivamente "enganando" a FFT, fazendo-a enxergar um sinal suave e contínuo.

O resultado é um espectro muito mais limpo com:

• Precisão de amplitude significativamente melhorada.
• Picos de frequência mais nítidos e bem definidos.
• Um nível de ruído mais baixo, permitindo que pequenos sinais sejam vistos ao lado de grandes.

Tipos comuns de janelas

Existem muitas funções de janelamento diferentes, cada uma com características ligeiramente diferentes. Para análise de vibração de máquinas de uso geral, uma janela é usada quase universalmente:

Janela de Hanning

O Janela de Hanning oferece um ótimo equilíbrio entre resolução de frequência e precisão de amplitude, sendo a janela recomendada e padrão para praticamente todas as medições de vibração de máquinas padrão. A menos que você tenha um motivo muito específico para fazer o contrário, a janela de Hanning deve sempre ser usada.

Outras janelas

• Janela retangular (ou uniforme/nenhuma): Isso equivale a não aplicar nenhuma janela. Apresenta a melhor resolução de frequência, mas o pior vazamento espectral. É adequado apenas quando se sabe que o sinal é perfeitamente periódico dentro do bloco de tempo ou para analisar eventos transientes muito nítidos.

– Janela Flattop: Esta janela fornece as medições de amplitude mais precisas, mas apresenta resolução de frequência muito baixa (picos muito amplos). É usada para fins de calibração ou quando a amplitude exata de um pico é mais importante do que sua frequência exata.

– Janela de Hamming: Muito semelhante à janela de Hanning, com pequenas compensações.

Quando usar uma janela

A regra simples para monitoramento de condições de máquinas é: use sempre uma janela Hanning para análise espectral geral. Desativar a janela resultará em dados imprecisos e potencialmente enganosos. Os analisadores de vibração modernos aplicam a janela de Hanning por padrão, pois ela é essencial para produzir um espectro de frequência confiável e preciso.

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