Розуміння спектрального витоку

Визначення: Що таке спектральний витік?

Спектральний витік це форма похибки вимірювання, яка виникає під час Швидке перетворення Фур'є (ШПФ) аналіз сигналу. Це «розмивання» або поширення енергії з одного дискретного частотного піку в сусідні частотні інтервали. Цей витік може спотворювати амплітуду та частоту справжнього вібраційного сигналу, потенційно маскуючи менші сигнали або призводячи до неточної діагностики.

Першопричина: розрив

Спектральний витік спричинений порушенням фундаментального припущення FFT. Алгоритм FFT припускає, що скінченний блок даних часової форми хвилі, який він аналізує, є єдиним, ідеально повторюваним циклом періодичного сигналу. Щоб бути ідеально періодичним, значення сигналу в самому кінці часового блоку має бути ідентичним його значенню на самому початку.

На практиці, під час аналізу реального вібраційного сигналу, практично неможливо зафіксувати часовий блок, який містить точну цілу кількість циклів для кожної частотної складової. Це призводить до розрив де кінець сигналу не збігається з початком. Алгоритм FFT інтерпретує цей різкий стрибок як високочастотну перехідну подію, подібну до удару. Цей штучний перехідний процес містить енергію, яка не є частиною вихідного сигналу, і саме ця енергія «просочується» в широкому діапазоні частот у результуючому спектрі.

Вплив спектрального витоку

Розмиття енергії, спричинене спектральним витоком, має два основні негативні наслідки:

1. Знижена точність амплітуди: Енергія, яка мала б бути зосереджена в одному частотному інтервалі, тепер розподілена між багатьма. Це призводить до того, що амплітуда головного піку є нижчою за її справжнє значення, тоді як амплітуди сусідніх «бічних пелюсток» штучно завищуються.
2. Знижена роздільна здатність по частоті: Витік може бути настільки сильним, що повністю маскує менші, розташовані поруч частотні піки. Наприклад, невеликий сигнал від несправності підшипника може повністю загубитися в «спідниці» витоку через великий пік дисбалансу 1X.

Рішення: Вікноподібне керування

Спектральне витікання контролюється за допомогою віконування функції. Вікно — це математична функція, яка множиться на дані часової форми хвилі *перед* тим, як її надіслати до швидкого перетворення Фур'є (FFT).

Найпоширеніше вікно, яке використовується для цієї мети, це Вікно ХаннінгаВікно Ханнінга має плавну, дзвоноподібну форму, яка звужує сигнал до нуля як на початку, так і в кінці часового блоку. Ця дія звуження змушує кінці сигналу збігатися, ефективно усуваючи штучний розрив.

Представляючи FFT з плавно періодичним сигналом, функція віконування значно зменшує спектральний витік. Це призводить до набагато чистішого спектру з чіткішими піками та нижчим рівнем шуму, що дозволяє проводити точніший та чутливіший аналіз.

← Назад до головного індексу