Hiểu về rò rỉ quang phổ

Định nghĩa: Rò rỉ quang phổ là gì?

Rò rỉ quang phổ là một dạng lỗi đo lường xảy ra trong quá trình Biến đổi Fourier nhanh (FFT) Phân tích tín hiệu là hiện tượng “bôi nhọ” hoặc lan truyền năng lượng từ một đỉnh tần số riêng biệt sang các vùng tần số liền kề. Sự rò rỉ này có thể làm sai lệch biên độ và tần số của tín hiệu rung động thực, có khả năng che khuất các tín hiệu nhỏ hơn hoặc dẫn đến chẩn đoán không chính xác.

Nguyên nhân gốc rễ: Sự gián đoạn

Rò rỉ phổ xảy ra do vi phạm giả định cơ bản của FFT. Thuật toán FFT giả định rằng khối dữ liệu dạng sóng thời gian hữu hạn mà nó phân tích là một chu kỳ duy nhất, lặp lại hoàn hảo của một tín hiệu tuần hoàn. Để đạt được tính tuần hoàn hoàn hảo, giá trị của tín hiệu ở cuối khối thời gian phải giống hệt giá trị của nó ở đầu khối.

Trên thực tế, khi phân tích tín hiệu rung động trong thế giới thực, gần như không thể nắm bắt được một khối thời gian chứa số nguyên chính xác các chu kỳ cho mọi thành phần tần số. Điều này dẫn đến sự gián đoạn khi phần cuối của tín hiệu không khớp với phần đầu. Thuật toán FFT diễn giải bước nhảy vọt này như một sự kiện thoáng qua tần số cao, tương tự như một cú va chạm. Sự thoáng qua nhân tạo này chứa năng lượng không phải là một phần của tín hiệu gốc, và chính năng lượng này "rò rỉ" ra ngoài trên một dải tần số rộng trong phổ thu được.

Tác động của rò rỉ quang phổ

Sự nhòe năng lượng do rò rỉ quang phổ có hai tác động tiêu cực chính:

1. Độ chính xác biên độ giảm: Năng lượng lẽ ra phải tập trung trong một bin tần số duy nhất giờ đây lại bị phân tán ra nhiều bin khác nhau. Điều này khiến biên độ của đỉnh chính thấp hơn giá trị thực của nó, trong khi biên độ của các bin "thùy phụ" liền kề được tăng lên một cách giả tạo.
2. Độ phân giải tần số giảm: Rò rỉ có thể nghiêm trọng đến mức che khuất hoàn toàn các đỉnh tần số nhỏ hơn ở gần. Ví dụ, một tín hiệu nhỏ từ lỗi ổ trục có thể bị mất hoàn toàn trong "viền" rò rỉ từ đỉnh mất cân bằng lớn 1X.

Giải pháp: Cửa sổ

Rò rỉ quang phổ được kiểm soát bằng cách sử dụng cửa sổ chức năng. Cửa sổ là một hàm toán học được nhân với dữ liệu dạng sóng thời gian *trước khi* nó được gửi đến FFT.

Cửa sổ phổ biến nhất được sử dụng cho mục đích này là Cửa sổ HanningCửa sổ Hanning có hình dạng chuông trơn tru, giúp thu hẹp tín hiệu xuống mức 0 ở cả đầu và cuối khối thời gian. Hành động thu hẹp này buộc các đầu của tín hiệu phải khớp nhau, loại bỏ hiệu quả sự gián đoạn nhân tạo.

Bằng cách trình bày FFT với tín hiệu tuần hoàn mượt mà, hàm cửa sổ làm giảm đáng kể rò rỉ phổ. Điều này mang lại phổ sạch hơn nhiều với các đỉnh sắc nét hơn và sàn nhiễu thấp hơn, cho phép phân tích chính xác và nhạy hơn.

← Quay lại Mục lục chính