Bandpassfilter verstehen

Tragbare Auswuchtmaschine, Schwingungsanalysator

Geräte

Portabler Balancer & Schwingungsanalysator Balanset-1A

Teile

Optischer Sensor (Laser-Tachometer)

Komplettes Schwingungsdiagnose- und Auswuchtset von Vibromera, inklusive vier Schwingungssensoren mit Kabeln, einem Signalschnittstellenmodul, einem Lasertachometer mit Magnetfuß, einer digitalen Waage, einem USB-Kabel und einem Tragekoffer. Das System ist für das Auswuchten von Rotoren im Feld und die Zustandsüberwachung an Industrieanlagen konzipiert.

Geräte

Magnetischer Ständer Größe-60-kgf

Teile

Dynamischer Balancer "Balanset-1A" OEM

Definition: Was ist ein Bandpassfilter?

Bandpassfilter (BPF) ist ein frequenzselektives Signalverarbeitungselement, das Vibration Komponenten innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes werden durchgelassen, während Komponenten unterhalb und oberhalb dieses Bandes gedämpft werden. Es kombiniert die Eigenschaften eines Hochpassfilters (blockiert niedrige Frequenzen) und eines Tiefpassfilters (blockiert hohe Frequenzen), um ein “Fenster” zu erstellen, das nur einen ausgewählten mittleren Frequenzbereich durchlässt. Bandpassfilter werden durch ihre Mittenfrequenz, Bandbreite und Filterordnung/Steilheit definiert.

In der Schwingungsanalyse sind Bandpassfilter unerlässlich für Hüllkurvenanalyse (Isolierung von Lageraufprallfrequenzen), gezielte Diagnose (Untersuchung bestimmter Frequenzbereiche) und Beseitigung unerwünschter Vibrationen außerhalb des relevanten Frequenzbands, um das Signal-Rausch-Verhältnis und die Messklarheit zu verbessern.

Filterparameter

Mittenfrequenz (f0)

Mitte des Durchlassbereichs
Frequenz der maximalen Filterreaktion
Ausgewählt basierend auf dem Frequenzinhalt von Interesse
Wird normalerweise so gewählt, dass die Resonanz- oder Fehlerfrequenz übereinstimmt

Bandbreite (BW)

Definition: Frequenzbereich zwischen -3 dB-Punkten (f_high – f_low)
Schmalband: BW < 10% der Mittenfrequenz (hochselektiv)
Breitband: BW > 50% der Mittenfrequenz (weniger selektiv)
Q-Faktor: Q = f0 / BW (höheres Q = schmaler, selektiver)

Filtereigenschaften

Untere Grenzfrequenz (f_low): Frequenz, bei der die untere Neigung -3 dB erreicht
Obere Grenzfrequenz (f_high): Frequenz, bei der die obere Neigung -3 dB erreicht
Formfaktor: Verhältnis der Sperrband- zur Durchlassbandbreite (Maß für die Selektivität)

Anwendungen in der Schwingungsanalyse

1. Hüllkurvenanalyse (Primäre Anwendung)

Entscheidender erster Schritt bei der Erkennung von Lagerdefekten:

Bandauswahl: 500 Hz – 10 kHz oder 1 kHz – 20 kHz typisch
Zweck: Isolieren Sie hochfrequente Lagerresonanzen, die durch Stöße angeregt werden
Prozess: BPF → Hüllkurvenerkennung → FFT des Umschlags
Ergebnis: Erweitert Lagerfehlerfrequenzen deutlich sichtbar

2. Resonanzbandanalyse

Filtern Sie um die Struktur- oder Lagerresonanzfrequenz
Isolieren Sie Energie bei Resonanz von anderen Frequenzen
Bewerten Sie Anregung und Reaktion in einem bestimmten Modus
Nützlich für die Fehlerbehebung bei Resonanzen

3. Frequenzbereichsisolierung

Fokus auf spezifischen diagnostischen Frequenzbereich
Beispiel: 10–100 Hz für die Niederfrequenzanalyse
Entfernt Niederfrequenzdrift und Hochfrequenzrauschen
Verbessert die Klarheit der interessanten Frequenzen

4. Zahnrad-Intervall-Isolation

BPF zentriert auf der Zahnradeingriffsfrequenz
Überträgt Netzfrequenz und Seitenbänder
Sperrt andere Getriebestufen und Lagerfrequenzen
Ermöglicht eine gezielte Getriebeanalyse

Bandpassfilter-Design

Kaskadierter Tiefpass und Hochpass

Häufigste Implementierung:

Hochpassfilter blockiert Frequenzen unterhalb von f_low
Tiefpassfilter blockiert Frequenzen über f_high
Reihenschaltung erzeugt Bandpass
Jeder Filter trägt zur Gesamtselektivität bei

Direktes Bandpass-Design

Optimiert als Einzelfilter statt als Kaskade
Komplexer, kann aber bessere Eigenschaften erreichen
Wird in speziellen Anwendungen verwendet

Praktische Überlegungen

Kompromisse bei der Bandbreitenauswahl

Schmale Bandbreite

Vorteile: Bessere Selektivität, stärkere Unterdrückung benachbarter Frequenzen
Nachteile: Kann Frequenzschwankungen übersehen, erfordert präzise Abstimmung
Verwenden: Wenn die genaue Frequenz bekannt und stabil ist

Große Bandbreite

Vorteile: Erfasst Frequenzschwankungen, weniger kritische Abstimmung
Nachteile: Geringere Unterdrückung unerwünschter Frequenzen in der Nähe
Verwenden: Wenn die Frequenz variiert oder ein bestimmter Frequenzbereich benötigt wird

Für die Hüllkurvenanalyse

Typische Bands: 500–2000 Hz, 1000–5000 Hz, 5000–20000 Hz
Auswahl: Wählen Sie ein Band mit guter Lagerresonanzanregung
Verifizieren: Überprüfen Sie das Rohbeschleunigungsspektrum, um Resonanzen zu identifizieren
Optimieren: Passen Sie es an, um das Lagerdefektsignal zu maximieren

Filtereffekte auf Signale

Zeitwellenformeffekte

Die gefilterte Wellenform zeigt nur Frequenzen im Durchlassbereich
Erscheint als modulierter Träger (bei schmalem Band)
Entfernt niederfrequente Schwankungen und hochfrequentes Rauschen
Kann die Interpretation von Wellenformen vereinfachen

Spektrumeffekte

Durchlassbereichsamplituden bleiben erhalten
Reduzierte Sperrbandamplituden (typischerweise 40–80 dB)
Saubereres Spektrum mit Fokus auf das interessierende Band
Grundrauschen wird gesenkt, wenn das Rauschen außerhalb des Durchlassbereichs liegt

Digitale vs. analoge Bandpassfilter

Analoge Filter

Hardwareimplementierung im Signalpfad
Echtzeitbetrieb
Feste Eigenschaften nach der Entwicklung
Wird bei Anti-Aliasing und Signalaufbereitung verwendet

Digitale Filter

Softwareverarbeitung nach der Digitalisierung
Einstellbare Parameter
Kann nach der Abholung angebracht/entfernt werden
Moderne Analysatoren bieten umfangreiche digitale BPF-Optionen

Gängige Anwendungen nach Frequenzbereich

Niederfrequenz-Bandpass (10–200 Hz)

Unwucht- und Fehlausrichtungsanalyse
Überwachung von Maschinen mit niedriger Geschwindigkeit
Fundament- und Strukturschwingungen

Mittelfrequenz-Bandpass (200–2000 Hz)

Zahneingriffsfrequenzen
Schaufel-/Flügeldurchgangsfrequenzen
Geringere Lagerfehlerhäufigkeit

Hochfrequenz-Bandpass (2-40 kHz)

Lagerdefekt-Hüllkurvenanalyse
Hochfrequente Stöße
Ultraschallfrequenzen
Lagerresonanzanregung

Bandpassfilter sind vielseitige Signalverarbeitungswerkzeuge, die eine gezielte Analyse bestimmter Frequenzbereiche ermöglichen und gleichzeitig unerwünschte nieder- und hochfrequente Komponenten ausblenden. Die Beherrschung der Auswahl und Anwendung von Bandpassfiltern – insbesondere für die Hüllkurvenanalyse und die Frequenzbereichsisolierung – ist für eine erweiterte Schwingungsdiagnose und die effektive Extraktion diagnostischer Informationen aus komplexen Schwingungssignaturen unerlässlich.

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Was ist ein Bandpassfilter? Frequenzbandauswahl

Veröffentlicht von admin auf Oktober 31, 2025 Oktober 31, 2025