Pochopenie spektrálneho úniku

Definícia: Čo je spektrálny únik?

Spektrálny únik je forma chyby merania, ku ktorej dochádza počas Rýchla Fourierova transformácia (FFT) analýza signálu. Ide o „rozmazanie“ alebo rozptyl energie z jedného, diskrétneho frekvenčného vrcholu do susedných frekvenčných pásiem. Tento únik môže skresliť amplitúdu a frekvenciu skutočného vibračného signálu, čo môže potenciálne maskovať menšie signály alebo viesť k nepresnej diagnóze.

Základná príčina: Diskontinuita

Spektrálny únik je spôsobený porušením základného predpokladu FFT. Algoritmus FFT predpokladá, že konečný blok časových údajov o priebehu, ktorý analyzuje, je jeden, dokonale sa opakujúci cyklus periodického signálu. Aby bol signál dokonale periodický, hodnota signálu na úplnom konci časového bloku musí byť identická s jeho hodnotou na úplnom začiatku.

V praxi je pri analýze vibračného signálu z reálneho sveta takmer nemožné zachytiť časový blok, ktorý obsahuje presný celočíselný počet cyklov pre každú frekvenčnú zložku. To vedie k... diskontinuita kde koniec signálu nezodpovedá začiatku. Algoritmus FFT interpretuje tento ostrý skok ako vysokofrekvenčný prechodový jav, podobný nárazu. Tento umelý prechodový jav obsahuje energiu, ktorá nie je súčasťou pôvodného signálu, a práve táto energia „uniká“ v širokom rozsahu frekvencií vo výslednom spektre.

Účinky spektrálneho úniku

Rozmazanie energie spôsobené spektrálnym únikom má dva hlavné negatívne účinky:

1. Znížená presnosť amplitúdy: Energia, ktorá mala byť sústredená v jednom frekvenčnom intervale, je teraz rozptýlená medzi mnohé. To spôsobuje, že amplitúda hlavného vrcholu je nižšia ako jeho skutočná hodnota, zatiaľ čo amplitúdy susedných „bočných lalokov“ intervalov sú umelo zvýšené.
2. Znížené frekvenčné rozlíšenie: Únik môže byť taký závažný, že úplne zakryje menšie, blízke frekvenčné špičky. Napríklad malý signál z poruchy ložiska by sa mohol úplne stratiť v „sukni“ úniku z veľkého špičkového signálu nevyváženosti 1X.

Riešenie: Okná

Spektrálny únik je kontrolovaný pomocou okenovanie funkcie. Okno je matematická funkcia, ktorá sa vynásobí dátami časového priebehu *pred* odoslaním do FFT.

Najbežnejšie používané okno na tento účel je Hanningovo oknoHanningovo okno má hladký tvar zvona, ktorý zužuje signál na nulu na začiatku aj na konci časového bloku. Toto zužovanie núti konce signálu zhodovať sa, čím sa efektívne eliminuje umelá diskontinuita.

Prezentáciou FFT s hladko periodickým signálom, funkcia okien dramaticky znižuje spektrálny únik. Výsledkom je oveľa čistejšie spektrum s ostrejšími vrcholmi a nižšou hladinou šumu, čo umožňuje presnejšiu a citlivejšiu analýzu.

← Späť na hlavný index