Hiểu về cửa sổ Hanning

Định nghĩa: Cửa sổ Hanning là gì?

The Cửa sổ Hanning là một loại hàm toán học cụ thể được áp dụng cho một khối dữ liệu dạng sóng thời gian trước khi nó được xử lý bởi một Biến đổi Fourier nhanh (FFT). Đây là một trong những loại được sử dụng phổ biến nhất cửa sổ chức năng trong phân tích rung động. Mục đích của cửa sổ Hanning là giảm thiểu một lỗi được gọi là rò rỉ quang phổ.

Cửa sổ có hình dạng nhẵn, giống như một chiếc chuông. Khi được nhân với tín hiệu thời gian, nó buộc tín hiệu bằng không ở ngay đầu và cuối khối thời gian, đồng thời giữ nguyên tâm tín hiệu. Quá trình thu hẹp này đảm bảo rằng khối mẫu không chứa các điểm gián đoạn nhân tạo sắc nét tại các ranh giới của nó.

Tại sao cần có cửa sổ Hanning? (Rò rỉ quang phổ)

Thuật toán FFT về cơ bản giả định rằng khối dữ liệu thời gian hữu hạn mà nó đang phân tích biểu diễn một chu kỳ lặp lại hoàn hảo của tín hiệu. Giả định này chỉ đúng nếu một số nguyên chu kỳ của mọi thành phần tần số khớp chính xác với khối thời gian. Trong tín hiệu thực tế từ một máy quay, điều này hầu như không bao giờ xảy ra.

Khi một số chu kỳ không phải số nguyên được ghi lại, điểm cuối của khối thời gian không khớp với điểm đầu. FFT coi sự không khớp này là một bước nhảy đột ngột hoặc gián đoạn. Sự gián đoạn nhân tạo này chứa năng lượng không phải là một phần của tín hiệu thực, và năng lượng này "rò rỉ" ra các ngăn tần số xung quanh trong phổ FFT. Sự rò rỉ này có thể:

• Khiến một đỉnh tần số đơn sắc xuất hiện dưới dạng một đỉnh rộng, nhòe, khiến việc xác định tần số chính xác trở nên khó khăn.
• Tín hiệu có biên độ thấp không rõ ràng nhưng có tần số gần với tín hiệu có biên độ cao.

Cửa sổ Hanning giải quyết vấn đề như thế nào

Bằng cách ép tín hiệu về 0 tại các ranh giới của khối thời gian, cửa sổ Hanning loại bỏ sự gián đoạn nhân tạo. Giờ đây, FFT nhìn thấy một tín hiệu tuần hoàn, chuyển tiếp mượt mà, có thể xử lý chính xác hơn nhiều. Kết quả là giảm đáng kể rò rỉ phổ, dẫn đến:

• Độ phân giải tần số được cải thiện: Hiệu ứng nhòe bị giảm đi và các đỉnh tần số trong quang phổ trở nên sắc nét và rõ ràng hơn.
• Độ chính xác biên độ được cải thiện: Trong khi cửa sổ làm giảm nhẹ biên độ đỉnh tổng thể (máy phân tích áp dụng hệ số hiệu chỉnh đã biết để bù trừ), thì biên độ đọc được ở vùng tần số chính xác sẽ chính xác hơn vì ít năng lượng bị rò rỉ vào các vùng liền kề hơn.

Khi nào nên sử dụng cửa sổ Hanning

Cửa sổ Hanning là cửa sổ mặc định, mục đích chung cho hầu hết các phân tích rung động máy móc ở trạng thái ổn định. Nó cung cấp sự cân bằng rất tốt giữa độ phân giải tần số (khả năng phân tách các tần số gần nhau) và độ chính xác biên độ. Nó nên được sử dụng cho phần lớn các phép đo FFT thông thường trên các máy móc như động cơ, máy bơm, quạt và máy nén.

Các cửa sổ khác, như Flattop (cho độ chính xác biên độ cao) hoặc Uniform (cho các sự kiện thoáng qua), được sử dụng cho các ứng dụng chuyên biệt hơn, nhưng Hanning là lựa chọn tiêu chuẩn cho chẩn đoán chung.

← Quay lại Mục lục chính