Разумевање спектралног цурења

Дефиниција: Шта је спектрално цурење?

Спектрално цурење је облик грешке мерења која се јавља током Брза Фуријеова трансформација (FFT) анализа сигнала. То је „размазивање“ или ширење енергије из једног, дискретног фреквентног врха у суседне фреквентне интервале. Ово цурење може да искриви амплитуду и фреквенцију правог вибрационог сигнала, потенцијално маскирајући мање сигнале или доводећи до нетачне дијагнозе.

Основни узрок: Дисконтинуитет

Спектрално цурење је узроковано кршењем основне претпоставке FFT-а. FFT алгоритам претпоставља да је коначни блок података временског таласног облика који анализира један, савршено понављајући циклус периодичног сигнала. Да би био савршено периодичан, вредност сигнала на самом крају временског блока мора бити идентична његовој вредности на самом почетку.

У пракси, приликом анализе вибрационог сигнала из стварног света, готово је немогуће снимити временски блок који садржи тачан цео број циклуса за сваку фреквентну компоненту. То резултира... дисконтинуитет где се крај сигнала не поклапа са почетком. FFT алгоритам интерпретира овај оштар скок као високофреквентни транзијентни догађај, сличан удару. Овај вештачки транзијент садржи енергију која није део оригиналног сигнала и управо та енергија „цури“ кроз широк опсег фреквенција у резултујућем спектру.

Ефекти спектралног цурења

Размазивање енергије изазвано спектралним цурењем има два главна негативна ефекта:

1. Смањена тачност амплитуде: Енергија која је требало да буде концентрисана у једном фреквентном бину сада је распоређена међу многима. Због тога је амплитуда главног врха нижа од њене стварне вредности, док су амплитуде суседних „бочних режњева“ вештачки повећане.
2. Смањена фреквентна резолуција: Цурење може бити толико озбиљно да потпуно скрива мање, оближње фреквентне врхове. Мали сигнал од квара лежаја, на пример, може се потпуно изгубити у „сукњи“ цурења од великог врха неуравнотежености од 1X.

Решење: Прозори

Спектрално цурење се контролише коришћењем прозори функције. Прозор је математичка функција која се множи са подацима о временском таласном облику *пре* него што се пошаље у FFT.

Најчешћи прозор који се користи у ову сврху је Ханингов прозорХанингов прозор има глатки, звонасти облик који смањује сигнал на нулу и на почетку и на крају временског блока. Ово сужавање приморава крајеве сигнала да се поклапају, ефикасно елиминишући вештачки дисконтинуитет.

Представљањем FFT-а са глатко периодичним сигналом, функција прозорског обликовања драматично смањује спектрално цурење. Ово резултира много чистијим спектром са оштријим врховима и нижим нивоом шума, што омогућава прецизнију и осетљивију анализу.

← Назад на главни индекс