Aşağı keçirici filtrləri başa düşmək
A aşağı ötürmə filtr (LPF) tezliyi seçici siqnal emalı elementi olub, vibrasiya seçilmiş kəsilmə tezliyinin altındakı komponentləri keçirdiyi halda, bunun üstündəki komponentləri zəiflədir. Həmçinin Vibrasiya Analizi analizator olmadan edə bilmədiyi üç işi yerinə yetirir: antialiasinq (rəqəmsal məlumatlara yalançı tezliklərin daxil olmasının qarşısını almaq), səs-küyün azaldılması və aşağı-tezlikli bölgənin cəmlənmiş öyrənilməsi üçün ayrılması. Bu, aşağıdakının güzgü təsviridir: yüksək ötürmə filtrivə bu ikisi bütün digər siqnal filtrləmə scheme.
Aşağı-keçən filtrləri vibrasiya əşyaları mübadiləsində bəlkə də ən geniş istifadə olunan filtrlərdir. Hər bir rəqəmsallaşdırma sistemində konverterin qarşısında məcburi antialiasinq filtri kimi yerləşir və eyni funksiya məlumatların hamarlanması, yüksək-tezlikli səs-küyün çıxarılması və aşağı-tezlikli hadisələrə diqqət cəmlənməsi üçün analiz vasitəsi kimi təklif olunur. Siqnalı necə şəkil verməsini anlamaq buna görə hər hansı spektr you read.
1. Filter Characteristics
Kəsilmə Tezliyi (fc)
- Tərif: filtrin cavabının −3 dB-ə, yəni keçirmə bandının amplitudunun 70,7%-ə düşdüyü tezlikdir.
- Below fc (passband): tezliklər minimal zəiflətmə ilə keçir.
- Above fc (stopband): tezliklər addım-addım zəiflədirilir.
- Keçid zolağı: f-in ətrafındakı bölgəc burada zəiflətmə tədərij artır.
Filtr Sifarişi və İstifadəsi
Filtrin sırasına (dərəcəsinə) keçirmə bandından qısıltma bandına ne qədər kəskin keçəcəyi tərəfindən müəyyən edilir:
- 1st order: 6 dB/oktava (20 dB/dekada) — tədərij azalma.
- 2nd order: 12 dB/oktava (40 dB/dekada) — orta dərəcə.
- 4th order: 24 dB/oktava (80 dB/dekada) — kəskin.
- 8th order: 48 dB/oktava (160 dB/dekada) — çox kəskin.
- Higher order: daha kəskin keçid və daha yaxşı qısıltma bandı rəddetməsi, lakin daha çox faza dəyişkənliyi və daha uzun keçici cavab sayəsində.
Filtr Cavab Növləri
Eyni kəsmə tezliyi və sıra müxtəlif riyazi şəkillərlə həyata keçirilə bilər, hər biri düzlüyü, kəskinliyi və faza davranışını müxtəlif dərəcədə təmin edir:
- Butterworth: maksimal qədər düz keçid bandı, dalğalıq olmadan.
- Çebışev: daha kəskin kəsmə, keçid bandında dalğalıq qəbul edən.
- Bessel: xətti faza, bu da minimum dalğa forması təhrifi deməkdir — forma olduqda düzgün seçim zaman dalğa forması matters.
- Elliptik: mümkün olan ən kəskin keçid, keçid və hörmətlə bandlarda dalğalıq.
2. Əsas Tətbiq Sahələri
Antialiasinq (ən kritik)
Bu funksiyadır ki, heç bir rəqəmləştirici ondan imtina edə bilməz. Onun olmadığı halda, Nyquist həddinə yuxarıdakı tezliklər geri qayıdır və saxta piklər kimi görünürlər — bu fenomen adlanır ləqəb.
- Məqsəd: Nyquist tezliyindən yuxarıdakı tezlikləri bloklamaq (nümunə sürətinin yarısı).
- Tələb: it must act əvvəl analog-rəqəm çevriliş — proqram bir aliasinqi faktıkdan sonra silə bilməz.
- Tipik kəsmə tezliyi: 0.4–0.8 × (nümunə sürəti / 2).
- Diklik: Yaxşı ləqəbdən imtina üçün adətən 8-ci sıra və ya daha yüksəkdir
- Laqeyd davranmanın nəticəsi: qeyri-kafi antialiasinq həqiqi xətaları təqlid edən saxta spektral piklər yaradır.
Səs-küyün azaldılması
- Yüksək tezlikli elektrik şumunu çıxarır.
- Sensor-kabel şumunu filtrlər.
- Məlumatları üçün hamarlaşdırır trenddədir.
- Maraq duyulan aşağı tezlik komponentləri üçün siqnal-şumun nisbətini yaxşılaşdırır.
Tezlik Aralığı Məhdudlaşması
- Analizi maraq duyulan tezlik aralığına cəmləşdirir.
- Nümunə: aşağı sürətli maşınlıq üçün 0–100 Hz analizi.
- Qeyri-uyğun yüksək-tezlik məzmunu aradan qaldırır.
- Məlumat emalı və saxlama tələblərini azaldır.
İnteqrasiya Hazırlığı
- Applied before integrating sürətlənmə üçün sürət.
- Çox yüksək tezlikləri — inteqrasiyanın başqa cür gücləndiəcəyi səsləri aradan qaldırır.
- Tipik kesim tezliyi: tətbiqə görə 1000–5000 Hz.
- Kontrol olunmayan inteqrasiyanın çəkmə çəkdiyi səs gücləndirilməsini əngəllər.
3. Kesim Tezliyinin Seçilməsi
Anti-aliasing proqramları
- Qayda: fc = 0.4 × nümunə sürəti (mühafizəkar) ilə 0.8 × nümunə sürəti (aqressiv) arasında.
- Misal: 10 kHz nümunə sürəti f verərc = 4000 Hz.
- Meyar: Nyquist tezliyində 60 dB-dən çox stoplent zəifləməsi.
Analitik Tətbiqlər
- Set fc maraq duyduğunuz ən yüksək tezliyin dəqiq üstündə.
- Aşağı-tezlik analizi üçün (0–200 Hz): fc = 200–300 Hz.
- üçün balanssızlıq yalnız (1× komponenti): fc = 5–10× İş sürəti.
- Həmişə filtr keçid zolağı üçün boş yer qoyun.
Səs-küyün azaldılması
- Spektrumdan səs tezlik aralığını müəyyən edin.
- Set fc siqnal tezliklərini keçməkdən eyni zamanda səs tezliklərini rədd etməkdən.
- Səs çıxarılması ilə siqnal saxlanması arasında balans tapın.
4. Ölçülər üzərində Təsir
Amplituda Domeni
- Keçid zolağı: minimal amplituda dəyişikliyi, tipik olaraq 0,5 dB-dən az.
- Dayanacaq bandı: güclü zəifləmə, 40–80 dB və ya daha çox.
- Overall level: filtr əhəmiyyətli yüksək tezlik məzmunu varsa ümumi titrəmə oxunuşunu azaldır.
Zaman Domeni
- Dalğaşəkil yüksək tezlik dəyişikliklərinin silinməsi ilə hamarlanır.
- Kəskin kənarlar və tələblər yuvarlaqlaşdırılır.
- Keçici reaksiya (filtr zəngi) dalğa formasına təsir göstərə bilər
- Faza təhrifləmə dalğaşəklin şərhinin necə alındığını dəyişə bilər.
Tezlik Domeni
- Spektr kəsmə tezliyinin üstündə azaldılmış amplitudaları göstərir.
- Yüksək tezlik zirvələri azaldılır və ya aradan qaldırılır.
- Səs-küy tavanı səs-küy yüksək tezlik olmuşsa aşağı düşür.
5. Ümumi Problemlər və Həllər
Qeyri-adekvat Anti-Aliasing
- Simptom: spektrdə yalançı aşağı tezlik zirvələri.
- Səbəb: yüksək tezliklər Nyquist-in altında geri qatlanması.
- Həll: daha kəskin filtr istifadə edin, nümunə dərəcəsini artırın və filtrin əslində işləyib işləmədiğini yoxlayın.
Kəsmə Çox Aşağı
- Simptom: qüvvətli yüksək tezlik siqnalları zəiflədirilir.
- Misal: rulmanların nasazlıq tezlikləri həddindən artıq qiymətli aşağı keçən filtr tərəfindən azaldılır.
- Həll: kəsmə tezliyini artırın və ya daha mülayim bir filtr yamacı istifadə edin.
Artefaktları süzün
- Zəng: kəskin filtr kəsmə tərəfindən səbəb olan zaman sahəsində salınımlar.
- Faza təhrif: faza sürüşmələrindən yaranan dalğaşəkil forması dəyişiklikləri.
- Həll: faza xəttilik əhəmiyyətli olduğu kritik dalğaşəkil tətbiqləri üçün Bessel filtri istifadə edin.
6. Tamamlayıcı Filtrləri
Low-Pass vs High-Pass
- Low-pass: aşağı tezlikləri keçir, yüksəkləri bloklayır.
- High-pass: yüksək tezlikləri keçir, aşağı tezlikləri dayandırır.
- Tamamlayıcı: band-pass filtri yaratmaq üçün birlikdə istifadə olunur.
Bant keçid filtri
- Yüksək-pass və aşağı-pass mərhələlərinin kombinasiyası.
- Nəticədə yaranan bant keçirici filtr yalnız müəyyən band daxilində tezlikləri keçir.
- Bu band altında və üstündə olan məzmunu rədd edir.
- Bu ön tərəfidir zərf təhlili, burada yatağın struktur rezonansı ətrafındakı band demodulasiyadan əvvəl təcrid edilir.
7. Aşağı-Pass Filtrinin Sahə Tətbiqində Yeri
Rəqəmsal sahə aləti üzərində aşağı-pass filtri əsasən görünməzdir — anti-aliasing işini əldə etmə zənciri daxilində səssiz şəkildə yerinə yetirir — lakin hər bir ölçmənin etibarlılığının təməlidir. Cihazı olan portativ iki-kanal analizatoru kimi Balanset-1A hər bir kanalı band daxilində məhdudlaşdırır akselerometr nümunə alma əvvəlində, buna görə FFT balanslama və diaqnostika üçün hesabladığı spektr onun işçi diapazonunun bütün hissəsində aliased piklərindən azaddır. Spektr təmiz olduqda, analizator 1× amplituda və faza rotoru balanslama üçün lazım olan və həqiqi qalıq balanssızlıqbildirə biləcəyi, zəif filtrasiyadan yaranmış xəyal tezliyini izləmək əvəzinə.
Aşağı-pass filtrlər vibrasyon ölçmə sistemlərinin fundamental komponentləridir və anti-aliasing qorunması ilə səs azaldılması və tezlik-diapazon seçilməsindən estetik funksiyaları yerinə yetirirlər. Onların işləmə prinsipini başa düşmək, kesilmə tezliyini düzgün seçmək və ölçülmüş siqnalda onların təsirini qiymətləndirmək dəqiq analiz üçün və rəqəmsal məlumat əldə etməsində ölçmə artefaktlarından qaçmaq üçün vacibdir.
