Pochopenie Hanningovho okna

Definícia: Čo je Hanningovo okno?

Stránka Hanningovo okno je špecifický typ matematickej funkcie aplikovanej na blok dát časového priebehu predtým, ako je spracovaný Rýchla Fourierova transformácia (FFT)Je to jeden z najčastejšie používaných okenovanie funkcie vo vibračnej analýze. Účelom Hanningovho okna je minimalizovať chybu známu ako spektrálny únik.

Okno má hladký, zvonovitý tvar. Keď sa vynásobí časovým signálom, signál sa na úplnom začiatku a konci časového bloku vynuluje a stred signálu zostane nezmenený. Tento proces zužovania zabezpečuje, že blok vzorky neobsahuje na svojich hraniciach ostré, umelé diskontinuity.

Prečo je Hanningovo okno potrebné? (Spektrálny únik)

Algoritmus FFT v podstate predpokladá, že konečný blok časových údajov, ktoré analyzuje, predstavuje jeden dokonalý, opakujúci sa cyklus signálu. Tento predpoklad platí iba vtedy, ak celý počet cyklov každej frekvenčnej zložky presne zapadá do časového bloku. V reálnom signále z rotačného stroja to takmer nikdy nie je prípad.

Keď sa zachytí neceločíselný počet cyklov, koniec časového bloku sa nezhoduje so začiatkom. FFT vníma tento nesúlad ako prudký skok alebo diskontinuitu. Táto umelá diskontinuita obsahuje energiu, ktorá nie je súčasťou skutočného signálu, a táto energia „uniká“ do okolitých frekvenčných priehradiek v spektre FFT. Tento únik môže:

• Spôsobujú, že jeden ostrý frekvenčný vrchol sa javí ako široký, rozmazaný vrchol, čo sťažuje presné určenie frekvencie.
• Zakryte signály s nízkou amplitúdou, ktoré sú frekvenciou blízke signálom s vysokou amplitúdou.

Ako Hanningovo okno rieši problém

Vynútením nulovania signálu na hraniciach časového bloku Hanningovo okno odstraňuje umelú diskontinuitu. FFT teraz vidí plynule prechádzajúci, periodický signál, ktorý dokáže spracovať oveľa presnejšie. Výsledkom je výrazné zníženie spektrálneho úniku, čo vedie k:

• Vylepšené rozlíšenie frekvencie: Efekt rozmazania sa zníži a frekvenčné vrcholy v spektre sa stanú ostrejšími a jasnejšie definovanými.
• Zlepšená presnosť amplitúdy: Hoci okno mierne znižuje celkovú amplitúdu píku (analyzátor na kompenzáciu používa známy korekčný faktor), údaj o amplitúde v správnom frekvenčnom intervale je presnejší, pretože do susedných intervalov uniklo menej energie.

Kedy použiť Hanningovo okno

Hanningovo okno je predvolené okno na všeobecné účely pre väčšinu analýz vibrácií strojov v ustálenom stave. Poskytuje veľmi dobrý kompromis medzi frekvenčným rozlíšením (ako dobre je možné oddeliť blízke frekvencie) a presnosťou amplitúdy. Mal by sa používať pre prevažnú väčšinu rutinných meraní FFT na strojoch, ako sú motory, čerpadlá, ventilátory a kompresory.

Iné okná, ako napríklad Flattop (pre vysokú presnosť amplitúdy) alebo Uniform (pre prechodové udalosti), sa používajú pre špecializovanejšie aplikácie, ale Hanning je štandardnou voľbou pre všeobecnú diagnostiku.

← Späť na hlavný index