Förstå spektralläckage

Definition: Vad är spektralläckage?

Spektral läckage är en form av mätfel som uppstår under Snabb Fouriertransform (FFT) analys av en signal. Det är "utsmetning" eller spridning av energi från en enda, diskret frekvenstopp till intilliggande frekvensfack. Detta läckage kan förvränga amplituden och frekvensen hos den verkliga vibrationssignalen, vilket potentiellt maskerar mindre signaler eller leder till en felaktig diagnos.

Grundorsaken: Diskontinuitet

Spektralläckage orsakas av ett brott mot FFT:s grundläggande antagande. FFT-algoritmen antar att det ändliga blocket av tidsvågformsdata som den analyserar är en enda, perfekt upprepande cykel av en periodisk signal. För att vara perfekt periodisk måste signalens värde i slutet av tidsblocket vara identiskt med dess värde i början.

I praktiken, när man analyserar en verklig vibrationssignal, är det nästan omöjligt att fånga ett tidsblock som innehåller ett exakt heltal cykler för varje frekvenskomponent. Detta resulterar i en avbrott där slutet av signalen inte matchar början. FFT-algoritmen tolkar detta skarpa hopp som en högfrekvent transient händelse, liknande en stöt. Denna artificiella transient innehåller energi som inte är en del av den ursprungliga signalen, och det är denna energi som "läcker" ut över ett brett frekvensområde i det resulterande spektrumet.

Effekterna av spektralläckage

Utsmetningen av energi orsakad av spektralläckage har två huvudsakliga negativa effekter:

1. Minskad amplitudnoggrannhet: Energin som borde ha koncentrerats i en enda frekvensfack är nu spridd över många. Detta gör att huvudtoppens amplitud blir lägre än dess verkliga värde, medan amplituderna för de intilliggande "sidolob"-facken höjs artificiellt.
2. Reducerad frekvensupplösning: Läckaget kan vara så allvarligt att det helt döljer mindre, närliggande frekvenstoppar. En liten signal från ett lagerfel kan till exempel gå helt förlorad i "kjolen" av läckaget från en stor 1X obalanstopp.

Lösningen: Fönster

Spektralläckage kontrolleras med hjälp av fönsterläggning funktioner. Ett fönster är en matematisk funktion som multipliceras med tidsvågformsdata *innan* den skickas till FFT:n.

Det vanligaste fönstret som används för detta ändamål är Hanning-fönstretHanningfönstret har en slät klockform som avsmalnar signalen ner till noll i både början och slutet av tidsblocket. Denna avsmalnande verkan tvingar signalens ändar att matcha, vilket effektivt eliminerar den artificiella diskontinuiteten.

Genom att presentera FFT:n med en jämnt periodisk signal minskar fönsterfunktionen dramatiskt spektralläckage. Detta resulterar i ett mycket renare spektrum med skarpare toppar och ett lägre brusgolv, vilket möjliggör en mer noggrann och känslig analys.

← Tillbaka till huvudmenyn