Förstå Hanning-fönstret

Definition: Vad är ett Hanning-fönster?

Den Hanning-fönstret är en specifik typ av matematisk funktion som tillämpas på ett block med tidsvågformsdata innan det bearbetas av en Snabb Fouriertransform (FFT)Det är en av de vanligaste fönsterläggning funktioner inom vibrationsanalys. Syftet med Hanning-fönstret är att minimera ett fel som kallas spektralläckage.

Fönstret har en slät, klockliknande form. När det multipliceras med tidssignalen tvingas signalen att vara noll i början och slutet av tidsblocket och lämnar signalens mitt oförändrad. Denna avsmalnande process säkerställer att samplingsblocket inte innehåller skarpa, artificiella diskontinuiteter vid sina gränser.

Varför är ett Hanning-fönster nödvändigt? (Spektral läckage)

FFT-algoritmen antar i grunden att det ändliga blocket av tidsdata som den analyserar representerar en perfekt, upprepande cykel av signalen. Detta antagande är endast sant om ett helt antal cykler av varje frekvenskomponent passar exakt in i tidsblocket. I en verklig signal från en roterande maskin är detta nästan aldrig fallet.

När ett antal cykler som inte är ett heltal registreras, stämmer inte slutet på tidsblocket överens med början. FFT:n ser denna avvikelse som ett skarpt hopp eller en diskontinuitet. Denna artificiella diskontinuitet innehåller energi som inte är en del av den verkliga signalen, och denna energi "läcker" ut i de omgivande frekvensfälten i FFT-spektrumet. Detta läckage kan:

• Orsakar att en enda, skarp frekvenstopp framträder som en bred, utsmetad topp, vilket gör det svårt att fastställa den exakta frekvensen.
• Obskyra signaler med låg amplitud som har en frekvens som liknar signaler med hög amplitud.

Hur Hanning-fönstret löser problemet

Genom att tvinga signalen till noll vid tidsblockets gränser tar Hanning-fönstret bort den artificiella diskontinuiteten. FFT:n ser nu en smidigt övergående, periodisk signal, som den kan bearbeta mycket mer exakt. Resultatet är en betydande minskning av spektralläckage, vilket leder till:

• Förbättrad frekvensupplösning: Smetningseffekten minskar och frekvenstoppar i spektrumet blir skarpare och tydligare definierade.
• Förbättrad amplitudnoggrannhet: Medan fönstret minskar den totala toppamplituden något (en känd korrektionsfaktor tillämpas av analysatorn för att kompensera), är amplitudavläsningen vid rätt frekvensfack mer exakt eftersom mindre energi har läckt in i intilliggande fack.

När man ska använda ett Hanning-fönster

Hanning-fönstret är standardfönster för allmänt bruk för de flesta vibrationsanalyser av maskiner i stationärt tillstånd. Den ger en mycket bra kompromiss mellan frekvensupplösning (hur väl man kan separera frekvenser som ligger nära varandra) och amplitudnoggrannhet. Den bör användas för de allra flesta rutinmässiga FFT-mätningar på maskiner som motorer, pumpar, fläktar och kompressorer.

Andra fönster, som Flattop (för hög amplitudnoggrannhet) eller Uniform (för transienta händelser), används för mer specialiserade tillämpningar, men Hanning är standardvalet för allmän diagnostik.

← Tillbaka till huvudmenyn