Разбиране на високочестотните филтри
Определение: Какво е високочестотен филтър?
Високочестотен филтър (HPF) е честотно-селективен елемент за обработка на сигнали, който позволява вибрация компоненти над определена гранична честота, които да пропускат, докато затихват (намаляват) компоненти под граничната честота. В анализ на вибрациите, високочестотните филтри се използват за премахване на нискочестотни вибрации (от дисбаланс, несъответствие) и се фокусирайте върху високочестотно съдържание (от дефекти на лагерите, зъбно зацепване, електрически честоти) или за елиминиране на резонансните ефекти от монтажа на сензора и отместванията на постоянен ток.
Високочестотните филтри са основни компоненти в анализ на обвивката, системи за анти-алиасинг и кондициониране на сигнала, позволяващи извличане на диагностична информация от специфични честотни диапазони, като същевременно отхвърлят нежелани нискочестотни компоненти, които биха могли да маскират или заглушат интересуващите ни сигнали.
Характеристики на филтъра
Гранична честота (fc)
- Определение: Честота, при която филтърната характеристика пада до -3 dB (70.7% амплитуда на пропускателната лента)
- Под фк: Честотите прогресивно отслабват
- Над фк: Честотите преминават с минимално затихване
- Избор: Изберете fc въз основа на приложението и честотата, която ви интересува
Наклон на филтъра (скорост на спадане)
- Скорост на затихване под граничната честота
- Изразява се в dB на октава или dB на декада
- Първа поръчка: 6 dB/октава (20 dB/декада) – лек наклон
- Втора поръчка: 12 dB/октава (40 dB/декада) – умерен наклон
- 4-ти ред: 24 dB/октава (80 dB/декада) – стръмен наклон
- По-висок ред: По-рязък преход, по-добро отхвърляне, но по-сложно
Видове филтри
- Бътъруърт: Максимално плосък диапазон на пропускане
- Чебишев: По-рязко срязване, но с пулсации в пропускателната лента
- Бесел: Най-добри характеристики във времевата област (минимално фазово изкривяване)
- Елиптичен тренажор: Най-рязък преход, но пулсации както в лентата на пропускане, така и в лентата на задържане
Приложения в анализа на вибрациите
1. Откриване на дефекти в лагерите
Най-често срещано приложение:
- Прекъсване: Обикновено 500-2000 Hz
- Цел: Премахване на нискочестотен дисбаланс и вибрации от несъосност
- Резултат: Фокус върху високочестотни сигнали за удар от лагери
- Употреба: Първи етап в обработката на анализа на обвивката
2. Интегриране за скорост/преместване
- При интегриране на ускорение към скорост или преместване
- HPF при 2-10 Hz премахва DC отместването и много ниските честоти
- Предотвратява грешки при интегриране и отклонение
- От съществено значение за точното интегриране на ниски честоти
3. Елиминиране на резонанса при монтаж на сензора
- Резонанс на монтажа на акселерометъра (обикновено 3-10 kHz за магнитен монтаж)
- HPF премахва този резонансен артефакт
- Гарантира, че измерванията представят вибрациите на машината, а не ефектите от сензорите
4. Премахване на DC отместване
- HPF с много ниско гранично напрежение (0,5-2 Hz) премахва постоянния компонент
- Необходимо за правилната обработка на сигнала
- Предотвратява грешки при бързо преобразуване (FFT) и интеграционно отклонение
Практическо приложение
Аналогови срещу цифрови филтри
Аналогови високочестотни филтри
- Хардуерни схеми в кондиционирането на сигнали
- Работа в реално време
- Анти-алиасинг и сензорно кондициониране
- Фиксирани характеристики веднъж проектирани
Цифрови високочестотни филтри
- Софтуерно-базирана последваща обработка
- Регулируемо прекъсване и ред на филтрите
- Може да се приложи/премахне след събиране на данни
- Съвременните анализатори предлагат множество опции за филтриране
Избор на гранична честота
За анализ на лагери
- Задайте fc под най-ниската честота на повреди на лагера
- Типично: гранична честота 500-1000 Hz
- Премахва 1×, 2×, зъбно колело и др.
- Пропуска честоти на повреди в лагерите (обикновено 50-500 Hz) и тяхната високочестотна модулация
За интеграция
- Задайте fc на 2-5 пъти най-ниската честота, която ви интересува
- Твърде ниско: позволява отклонение
- Твърде високо: отслабва валидните нискочестотни компоненти
- Типично: 2-10 Hz за обща интеграция
Влияние върху измерванията
Амплитудни ефекти
- Честотите под граничната стойност са с намалена амплитуда
- Много ниските честоти са по същество елиминирани
- Честотите доста над граничните стойности не са засегнати
- Преходният регион показва постепенно намаление
Фазови ефекти
- Въвеждане на филтри фаза смяна
- Фазово изместване, зависимо от честотата
- Може да повлияе на формата на вълновата форма във времевата област
- Беселовите филтри минимизират фазовото изкривяване
Ефекти на вълновата форма
- Премахва нискочестотните вариации на базовата линия
- Центрира вълновата форма около нулата
- Може да промени характера на видимата вълнова форма
- Важно е да се разбере филтрирането при интерпретиране на вълновите форми
В комбинация с други филтри
Високочестотен + нискочестотен = лентов честотен
- HPF блокира ниските честоти
- LPF блокира високите честоти
- Комбинацията минава само средната лента
- Създава лентов филтър за специфичен честотен диапазон
Високочестотен сигнал в многоетапна обработка
- Анти-алиасинг (нискочестотен) преди дигитализация
- Високочестотен сигнал за отстраняване на постоянен ток
- Лентов пропуск за анализ на обвивката
- Последователно филтриране за сложно кондициониране на сигнала
Високочестотните филтри са основни инструменти за обработка на сигнали при вибрационния анализ, позволявайки изолиране на високочестотна диагностична информация чрез премахване на доминиращите нискочестотни компоненти. Разбирането на характеристиките на високочестотните филтри – гранична честота, ред на филтъра и влияние върху амплитудата и фазата – е от решаващо значение за правилното им приложение при анализ на лагери, интегриране на сигнали и всеки анализ, изискващ честотно-селективно измерване.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 