Forståelse af lavpasfiltre

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,336.95 Den oprindelige pris var: $2,336.95.$2,011.55Den aktuelle pris er: $2,011.55.

Dele

Vibrationssensor

$106.49 Den oprindelige pris var: $106.49.$82.83Den aktuelle pris er: $82.83.

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$146.72 Den oprindelige pris var: $146.72.$106.49Den aktuelle pris er: $106.49.

Enheder

Balanset-4

$8,049.74

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.43

Dele

Reflekterende tape

$11.83

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,052.96 Den oprindelige pris var: $2,052.96.$1,774.90Den aktuelle pris er: $1,774.90.

Definition: Hvad er et lavpasfilter?

Lavpasfilter (LPF) er et frekvensselektivt signalbehandlingselement, der tillader vibrationer komponenter under en specificeret afskæringsfrekvens at passere igennem, mens komponenter over afskæringsfrekvensen dæmpes (reduceres eller blokeres). I Vibrationsanalyse, lavpasfiltre tjener kritiske funktioner, herunder anti-aliasing (forebygger falske frekvenser i digitale systemer), støjreduktion og isolering af lavfrekvente vibrationskomponenter til fokuseret analyse.

Lavpasfiltre er måske de mest almindeligt anvendte filtre i vibrationsinstrumentering. De findes i alle digitaliseringssystemer som anti-aliasing-filtre og er tilgængelige som analyseværktøjer til at udglatte data, fjerne højfrekvent støj og fokusere på lavfrekvente fænomener.

Filterkarakteristika

Grænsefrekvens (fc)

• Definition: Frekvens hvor filterresponsen falder til -3 dB (70,7% amplitude)
• Under fc (pasbånd): Frekvenser passerer med minimal dæmpning
• Over fc (Stopbånd): Frekvenser gradvist dæmpet
• Overgangsbånd: Område omkring fc hvor dæmpningen øges

Filterrækkefølge og afrulning

• 1. ordre: 6 dB/oktav (20 dB/dekade) – gradvis afrulning
• 2. ordre: 12 dB/oktav (40 dB/dekade) – moderat
• 4. ordre: 24 dB/oktav (80 dB/dekade) – stejl
• 8. orden: 48 dB/oktav (160 dB/dekade) – meget stejl
• Højere orden: Skarpere overgang, bedre stopbåndsafvisning

Filterresponstyper

• Butterworth: Maksimalt fladt pasbånd, ingen ripple
• Tjebysjov: Skarpere afskæring, tillader passbåndsripple
• Bessel: Lineær fase (minimal bølgeformforvrængning)
• Elliptisk: Skarpeste overgang, ripple i begge bånd

Primære anvendelser

1. Anti-aliasing (mest kritisk)

Forhindrer falske frekvenser i digitale systemer:

• Formål: Blokfrekvenser over Nyquist-frekvens (halv samplingsfrekvens)
• Krav: Før analog-til-digital konvertering
• Typisk afskæring: 0,4-0,8 × (Samplingfrekvens / 2)
• Stejlhed: Typisk 8. orden eller højere for god aliasing-afvisning
• Kritisk: Utilstrækkelig anti-aliasing skaber falske spektrale toppe

2. Støjreduktion

• Fjern højfrekvent elektrisk støj
• Filtrer støj fra sensorkablet
• Jævne data til trending
• Forbedre signal-støj-forholdet for lavfrekvente komponenter

3. Frekvensområdebegrænsning

• Fokusanalyse på frekvensområde af interesse
• Eksempel: 0-100 Hz analyse for maskiner med lav hastighed
• Fjerner irrelevant højfrekvent indhold
• Reducerer krav til databehandling og lagring

4. Integrationsforberedelse

• Før integration af acceleration med hastighed
• Fjern meget høje frekvenser (støj, der ville blive forstærket)
• Typisk afskæring: 1000-5000 Hz afhængigt af anvendelsen
• Forhindrer støjforstærkning i integration

Valg af afskæringsfrekvens

Anti-aliasing-applikationer

• Herske: fc = 0,4 × samplingsfrekvens (konservativ) til 0,8 × samplingsfrekvens (aggressiv)
• Eksempel: 10 kHz samplingsfrekvens → fc = 4000 Hz
• Kriterium: Stopbåndsdæmpning > 60 dB ved Nyquist-frekvens

Analytiske anvendelser

• Sæt fc lige over den højeste interessefrekvens
• Til lavfrekvensanalyse (0-200 Hz): fc = 200-300 Hz
• Kun ved ubalance (1×): fc = 5-10× driftshastighed
• Efterlad margen for filterovergangsbånd

Støjreduktion

• Identificer støjfrekvensområdet fra spektret
• Indstil fc til at lade signalfrekvenser passere, afvis støjfrekvenser
• Balance mellem støjfjerning og signalbevarelse

Effekter på målinger

Amplitudedomæne

• Passbånd: Minimal amplitudeændring (< 0,5 dB typisk)
• Stopbånd: Stærk dæmpning (40-80 dB eller mere)
• Samlet niveau: Reducerer den samlede vibration, hvis der er høje frekvenser til stede

Tidsdomæne

• Udjævnet bølgeform (højfrekvente variationer fjernet)
• Skarpe kanter eller pigge afrundede
• Transient respons (filterringning) kan påvirke bølgeformen
• Faseforvrængning kan påvirke fortolkningen af bølgeform

Frekvensdomæne

• Spektret viser reducerede amplituder over cutoff
• Højfrekvente toppe mindskes eller elimineres
• Støjniveauet blev sænket, hvis støjen var højfrekvent

Almindelige problemer og løsninger

Utilstrækkelig anti-aliasing

• Symptom: Falske lavfrekvente toppe i spektrum
• Årsag: Høje frekvenser folder sig tilbage under Nyquist
• Løsning: Brug et stejlere filter, øg samplingshastigheden, verificer filterets funktion

Grænseværdien er for lav

• Symptom: Gyldige højfrekvente signaler dæmpet
• Eksempel: Lejefrekvenser reduceret af overdrevent aggressiv LPF
• Løsning: Øg afskæringsfrekvensen, brug en blidere filterhældning

Filtrer artefakter

• Ringer: Oscillationer i tidsdomænet fra skarp filterafskæring
• Faseforvrængning: Bølgeformsændringer fra faseskift
• Løsning: Brug Bessel-filter til kritiske bølgeformapplikationer

Supplerende filtre

Lavpas vs. højpas

• Lavpas: Sender lave frekvenser igennem, blokerer høje
• Højpas: Sender høje frekvenser igennem, blokerer lave
• Supplerende: Bruges sammen til båndpasfiltrering

Båndpasfilter

• Kombination: HPF + LPF
• Sender kun frekvenser i det specificerede bånd
• Afviser både under og over båndet
• Essentielt for konvolutanalyse

Lavpasfiltre er grundlæggende komponenter i vibrationsmålesystemer og udfører essentielle funktioner, lige fra anti-aliasing-beskyttelse til støjreduktion og valg af frekvensområde. Forståelse af lavpasfiltrets funktion, korrekt valg af afskæringsfrekvens og effekter på målte signaler er afgørende for nøjagtig vibrationsanalyse og for at undgå måleartefakter i digitale dataopsamlingssystemer.

---

← Tilbage til hovedindekset