ทำความเข้าใจหน้าต่าง Hanning

คำจำกัดความ: Hanning Window คืออะไร?

ที่ หน้าต่างฮันนิ่ง เป็นฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ประเภทเฉพาะที่นำไปใช้กับข้อมูลรูปคลื่นในช่วงเวลาหนึ่งก่อนที่จะได้รับการประมวลผลโดย การแปลงฟูเรียร์อย่างรวดเร็ว (FFT). เป็นหนึ่งในสิ่งที่ใช้กันมากที่สุด การสร้างหน้าต่าง ฟังก์ชันในการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน วัตถุประสงค์ของ Hanning window คือการลดข้อผิดพลาดที่เรียกว่า การรั่วไหลของสเปกตรัม.

หน้าต่างมีรูปร่างเรียบคล้ายระฆัง เมื่อคูณกับสัญญาณเวลา มันจะบังคับให้สัญญาณเป็นศูนย์ที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของบล็อกเวลา และปล่อยให้จุดศูนย์กลางของสัญญาณไม่เปลี่ยนแปลง กระบวนการลดระดับนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าบล็อกตัวอย่างจะไม่มีความไม่ต่อเนื่องที่คมชัดและเกิดขึ้นเองตามขอบเขต

เหตุใดจึงจำเป็นต้องใช้หน้าต่าง Hanning (การรั่วไหลของสเปกตรัม)

โดยพื้นฐานแล้วอัลกอริทึม FFT สันนิษฐานว่าบล็อกข้อมูลเวลาจำกัดที่กำลังวิเคราะห์นั้นแสดงถึงวงจรสัญญาณที่ซ้ำกันอย่างสมบูรณ์แบบหนึ่งรอบ สมมติฐานนี้จะเป็นจริงก็ต่อเมื่อจำนวนรอบเต็มขององค์ประกอบความถี่แต่ละองค์ประกอบพอดีกับบล็อกเวลาพอดี ในสัญญาณจากเครื่องจักรที่หมุนอยู่ในโลกแห่งความเป็นจริง แทบจะไม่เคยเป็นเช่นนั้นเลย

เมื่อจับจำนวนรอบที่ไม่ใช่จำนวนเต็ม จุดสิ้นสุดของบล็อกเวลาจะไม่ตรงกับจุดเริ่มต้น FFT มองว่าความไม่ตรงกันนี้เป็นการกระโดดหรือความไม่ต่อเนื่องอย่างรวดเร็ว ความไม่ต่อเนื่องเทียมนี้มีพลังงานที่ไม่ใช่ส่วนหนึ่งของสัญญาณจริง และพลังงานนี้จะ "รั่วไหล" ออกไปยังช่องความถี่โดยรอบในสเปกตรัม FFT การรั่วไหลนี้สามารถ:

• ทำให้จุดสูงสุดของความถี่ที่แหลมคมเพียงครั้งเดียวปรากฏเป็นจุดสูงสุดที่กว้างและไม่สม่ำเสมอ ทำให้ยากต่อการระบุความถี่ที่แน่นอน
• สัญญาณแอมพลิจูดต่ำที่ไม่ชัดเจนซึ่งมีความถี่ใกล้เคียงกับสัญญาณแอมพลิจูดสูง

หน้าต่าง Hanning ช่วยแก้ปัญหานี้ได้อย่างไร

ด้วยการบังคับให้สัญญาณเป็นศูนย์ที่ขอบเขตของบล็อกเวลา หน้าต่าง Hanning จะขจัดความไม่ต่อเนื่องเทียมออกไป ขณะนี้ FFT มองเห็นสัญญาณที่เปลี่ยนผ่านอย่างราบรื่นเป็นคาบ ซึ่งสามารถประมวลผลได้แม่นยำยิ่งขึ้น ผลลัพธ์คือการรั่วไหลของสเปกตรัมลดลงอย่างมาก ซึ่งนำไปสู่:

• ความละเอียดความถี่ที่ได้รับการปรับปรุง: เอฟเฟกต์การเลอะลดลง และความถี่สูงสุดในสเปกตรัมจะคมชัดและชัดเจนมากขึ้น
• ปรับปรุงความแม่นยำของแอมพลิจูด: ในขณะที่หน้าต่างลดแอมพลิจูดพีคโดยรวมลงเล็กน้อย (ตัววิเคราะห์จะใช้ปัจจัยการแก้ไขที่ทราบเพื่อชดเชย) การอ่านแอมพลิจูดที่ถังความถี่ที่ถูกต้องจะแม่นยำยิ่งขึ้น เนื่องจากมีพลังงานรั่วไหลเข้าไปในถังที่อยู่ติดกันน้อยลง

เมื่อใดจึงควรใช้หน้าต่าง Hanning

หน้าต่างฮันนิ่งเป็น หน้าต่างเริ่มต้นสำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไป สำหรับการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนของเครื่องจักรในสภาวะคงตัวส่วนใหญ่ เป็นเครื่องมือที่ผสมผสานระหว่างความละเอียดของความถี่ (ความสามารถในการแยกความถี่ที่ใกล้เคียงกัน) และความแม่นยำของแอมพลิจูดได้เป็นอย่างดี ควรใช้กับการวัด FFT ทั่วไปในเครื่องจักรส่วนใหญ่ เช่น มอเตอร์ ปั๊ม พัดลม และคอมเพรสเซอร์

หน้าต่างอื่นๆ เช่น Flattop (สำหรับความแม่นยำของแอมพลิจูดสูง) หรือ Uniform (สำหรับเหตุการณ์ชั่วคราว) ใช้สำหรับการใช้งานเฉพาะทางมากกว่า แต่ Hanning เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการวินิจฉัยทั่วไป

← กลับสู่ดัชนีหลัก