Comprensión de los filtros de paso de banda
Definición: ¿Qué es un filtro pasa banda?
Filtro de paso de banda (BPF) es un elemento de procesamiento de señales selectivo de frecuencia que permite vibración Permite el paso de componentes dentro de una banda de frecuencia específica, a la vez que atenúa los componentes tanto por debajo como por encima de dicha banda. Combina las características de un filtro paso alto (que bloquea las frecuencias bajas) y un filtro paso bajo (que bloquea las frecuencias altas) para crear una "ventana" que solo deja pasar un rango de frecuencias medias seleccionado. Los filtros paso banda se definen por su frecuencia central, ancho de banda y orden/inclinación del filtro.
En el análisis de vibraciones, los filtros de paso de banda son esenciales para análisis de envolvente (aislamiento de frecuencias de impacto de cojinetes), diagnóstico enfocado (examen de rangos de frecuencia específicos) y eliminación de vibraciones no deseadas fuera de la banda de frecuencia de interés para mejorar la relación señal-ruido y la claridad de la medición.
Parámetros de filtro
Frecuencia central (f0)
- Mitad de la banda de paso
- Frecuencia de respuesta máxima del filtro
- Seleccionado en función del contenido de frecuencia de interés
- Generalmente se elige para que coincida con la frecuencia de resonancia o falla.
Ancho de banda (BW)
- Definición: Rango de frecuencia entre puntos de -3 dB (f_high – f_low)
- Banda estrecha: Blanco y negro < 10% de frecuencia central (altamente selectivo)
- Banda ancha: BW > 50% de frecuencia central (menos selectivo)
- Factor Q: Q = f0 / BW (Q más alto = más estrecho, más selectivo)
Características del filtro
- Límite inferior (f_low): Frecuencia donde la pendiente inferior alcanza -3 dB
- Límite superior (f_high): Frecuencia donde la pendiente superior alcanza -3 dB
- Factor de forma: Relación entre los anchos de banda de rechazo y de banda de paso (medida de selectividad)
Aplicaciones en el análisis de vibraciones
1. Análisis de envolvente (aplicación principal)
Primer paso crítico en la detección de defectos en los rodamientos:
- Selección de banda: 500 Hz – 10 kHz o 1 kHz – 20 kHz típico
- Objetivo: Aislar resonancias de cojinetes de alta frecuencia excitadas por impactos
- Proceso: BPF → detección de envolvente → FFT de sobre
- Resultado: Mejorado frecuencias de falla de los cojinetes claramente visible
2. Análisis de bandas de resonancia
- Filtro alrededor de la frecuencia de resonancia estructural o del cojinete
- Aislar la energía en resonancia de otras frecuencias
- Evaluar la excitación y la respuesta en un modo específico
- Útil para la resolución de problemas de resonancia
3. Aislamiento del rango de frecuencia
- Centrarse en un rango de frecuencia de diagnóstico específico
- Ejemplo: 10-100 Hz para análisis de baja frecuencia
- Elimina la deriva de baja frecuencia y el ruido de alta frecuencia.
- Mejora la claridad de las frecuencias de interés.
4. Aislamiento de la malla de engranajes
- BPF centrado en la frecuencia de malla del engranaje
- Pasa frecuencia de malla y bandas laterales
- Bloquea otras etapas de engranajes y frecuencias de cojinetes.
- Permite un análisis de engranajes enfocado
Diseño de filtro de paso de banda
Paso bajo y paso alto en cascada
Implementación más común:
- El filtro de paso alto bloquea las frecuencias por debajo de f_low
- El filtro de paso bajo bloquea las frecuencias superiores a f_high
- La combinación de series crea un paso de banda
- Cada filtro contribuye a la selectividad total
Diseño de paso de banda directo
- Optimizado como filtro único en lugar de en cascada
- Más complejo pero puede lograr mejores características.
- Se utiliza en aplicaciones especializadas
Consideraciones prácticas
Compensaciones en la selección del ancho de banda
Ancho de banda estrecho
- Ventajas: Mejor selectividad, mayor rechazo de frecuencias adyacentes
- Desventajas: Puede perder variaciones de frecuencia, requiere una sintonización precisa
- Usar: Cuando la frecuencia exacta es conocida y estable
Ancho de banda amplio
- Ventajas: Captura variaciones de frecuencia, ajuste menos crítico
- Desventajas: Menor rechazo de frecuencias cercanas no deseadas
- Usar: Cuando la frecuencia varía o se necesita un rango de frecuencias
Para el análisis de envolventes
- Bandas típicas: 500-2000Hz, 1000-5000Hz, 5000-20000Hz
- Selección: Elija una banda con buena excitación de resonancia de cojinetes
- Verificar: Verifique el espectro de aceleración sin procesar para identificar la resonancia
- Optimizar: Ajustar para maximizar la señal de defecto del cojinete
Efectos del filtro en las señales
Efectos de la forma de onda del tiempo
- La forma de onda filtrada muestra solo frecuencias en la banda de paso
- Aparece como portadora modulada (si es de banda estrecha)
- Elimina variaciones de baja frecuencia y ruido de alta frecuencia.
- Puede simplificar la interpretación de la forma de onda
Efectos del espectro
- Amplitudes de banda de paso preservadas
- Amplitudes de banda de supresión reducidas (40-80 dB típicos)
- Espectro más limpio centrado en la banda de interés
- El nivel de ruido se reduce si el ruido está fuera de la banda de paso
Filtros paso banda digitales vs. analógicos
Filtros analógicos
- Implementación de hardware en la ruta de la señal
- Operación en tiempo real
- Características fijas una vez diseñadas
- Se utiliza en anti-aliasing y acondicionamiento de señales.
Filtros digitales
- Procesamiento de software después de la digitalización
- Parámetros ajustables
- Se puede aplicar o quitar después de la recolección.
- Los analizadores modernos ofrecen amplias opciones de BPF digital
Aplicaciones comunes por rango de frecuencia
Paso de banda de baja frecuencia (10-200 Hz)
- Análisis de desequilibrio y desalineación
- Monitoreo de maquinaria de baja velocidad
- Vibración estructural y de cimentaciones
Paso de banda de frecuencia media (200-2000 Hz)
- Frecuencias de malla de engranajes
- Frecuencias de paso de álabes/paletas
- Frecuencias de fallas de cojinetes más bajas
Paso de banda de alta frecuencia (2-40 kHz)
- Análisis de la envolvente de defectos de los rodamientos
- Impactos de alta frecuencia
- frecuencias ultrasónicas
- Excitación por resonancia del cojinete
Los filtros paso banda son herramientas versátiles de procesamiento de señales que permiten un análisis preciso de rangos de frecuencia específicos, a la vez que rechazan componentes no deseados de baja y alta frecuencia. Dominar la selección y aplicación de filtros paso banda, especialmente para el análisis de envolventes y el aislamiento del rango de frecuencia, es esencial para el diagnóstico avanzado de vibraciones y la extracción eficaz de información diagnóstica de firmas de vibración complejas.
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 