Razumevanje spektralnega uhajanja

Definicija: Kaj je spektralno uhajanje?

Spektralno uhajanje je oblika merilne napake, ki se pojavi med Hitra Fourierjeva transformacija (FFT) analiza signala. Gre za »razmazovanje« ali širjenje energije iz enega samega, diskretnega frekvenčnega vrha v sosednje frekvenčne intervale. To uhajanje lahko popači amplitudo in frekvenco pravega vibracijskega signala, kar lahko prikrije manjše signale ali povzroči nenatančno diagnozo.

Osnovni vzrok: Prekinitev

Spektralno uhajanje je posledica kršitve temeljne predpostavke FFT. Algoritem FFT predpostavlja, da je končni blok podatkov časovne valovne oblike, ki ga analizira, en sam, popolnoma ponavljajoč se cikel periodičnega signala. Da bi bil signal popolnoma periodičen, mora biti vrednost signala na samem koncu časovnega bloka enaka njegovi vrednosti na samem začetku.

V praksi je pri analizi vibracijskega signala iz resničnega sveta skoraj nemogoče zajeti časovni blok, ki vsebuje natančno celo število ciklov za vsako frekvenčno komponento. To ima za posledico diskontinuiteta kjer se konec signala ne ujema z začetkom. Algoritem FFT ta oster skok interpretira kot visokofrekvenčni prehodni dogodek, podoben udarcu. Ta umetni prehodni dogodek vsebuje energijo, ki ni del prvotnega signala, in prav ta energija »pušča« v širokem razponu frekvenc v nastalem spektru.

Učinki spektralnega uhajanja

Razmazovanje energije zaradi spektralnega uhajanja ima dva glavna negativna učinka:

1. Zmanjšana natančnost amplitude: Energija, ki bi morala biti skoncentrirana v enem samem frekvenčnem območju, je zdaj razpršena med številne. Zaradi tega je amplituda glavnega vrha nižja od njene dejanske vrednosti, medtem ko so amplitude sosednjih "stranskih" območij umetno zvišane.
2. Zmanjšana frekvenčna ločljivost: Puščanje je lahko tako hudo, da popolnoma prekrije manjše, bližnje frekvenčne vrhove. Majhen signal iz okvare ležaja se lahko na primer popolnoma izgubi v "krilu" puščanja zaradi velikega vrha neuravnoteženosti 1X.

Rešitev: Okna

Spektralno uhajanje se nadzoruje z uporabo okna funkcije. Okno je matematična funkcija, ki se pomnoži s podatki o časovni obliki valov, *preden* se pošlje v FFT.

Najpogostejše okno, ki se uporablja za ta namen, je Hanningovo oknoHanningovo okno ima gladko, zvonasto obliko, ki signal na začetku in koncu časovnega bloka zoži na nič. To zoženje prisili konce signala, da se ujemajo, s čimer učinkovito odpravi umetno diskontinuiteto.

Z gladko periodičnim signalom, ki ga FFT predstavi, funkcija oken dramatično zmanjša spektralno uhajanje. To ima za posledico veliko čistejši spekter z ostrejšimi vrhovi in nižjo šumno podlago, kar omogoča natančnejšo in občutljivejšo analizo.

← Nazaj na glavno kazalo