Kõrgpääsfiltrite mõistmine
A kõrgsagedusfilter (HPF) on sagedusvalikuline signaalitöötluselement, mis võimaldab vibratsioon laseb läbi komponendid, mis ületavad määratud piirsageduse, samal ajal kui piirsagedusest madalamad komponendid summutatakse. Selles vibratsioonianalüüs, kõrgsagedusfiltrid eemaldavad madalsageduslikud vibratsioonid (alates tasakaalustamatus ja joondusviga), et analüütik saaks keskenduda sagedasele sisule (alates laagri defektid, hammasratasvõrk, ja elektrilised allikad), ning need eemaldavad alalispinge nihked ja madalsagedusliku triivi. See on peegelpilt madalpääsufilter.
Kõrgsagedusfiltrid on olulised ümbriskõvera analüüs ja üldine signaalide filtreerimine (seevastu aliasinguvastane filter on enne digiteerimist rakendatav madalpääsufunktsioon), võimaldades eraldada diagnostilist teavet valitud sagedusvahemikust, tõrjudes samal ajal välja soovimatud madalsageduslikud komponendid, mis muidu varjaksid või uputaksid huvipakkuvad signaalid.
1. Filtri omadused
Iga kõrgsagedusfiltri toimimist määravad kolm parameetrit: selle lõikesagedus, kalle ja aluseks olev konstruktsioonitüüp.
- Piirsagedus (fc): sagedus, millel filtri vastus langeb tasemele −3 dB (70,7% läbilaskva sagedusala amplituudist). Alla fc sagedused vähenevad järk-järgult; sagedusel fc need läbivad minimaalse kaduga. Piirväärtus valitakse vastavalt rakendusele ja huvipakkuvale sagedusvahemikule.
- Filtri kalle (languskiirus): sageduse sumbumise määr allpool piirsagedust, väljendatuna detsibellides oktaavi kohta või detsibellides dekaadi kohta. A 1. järku filtri langus on 6 dB oktaavi kohta (20 dB dekaadi kohta) – kerge langus; a 2. järku 12 dB/oktavi (40 dB/dekadi) juures — mõõdukas; a 4. järku 24 dB/oktavi (80 dB/dekadi) juures — järsk. Kõrgemad järkud annavad järsema ülemineku ja parema summutuse, kuid nende rakendamine on keerulisem.
Filter tüüp määrab teravuse ja värvitäpsuse vahelise kompromissi:
- Butterworth: võimalikult tasane läbilaskekarakteristik.
- Tšebõšev: teravam piir, kuid läbilaskvahemikus esineb kõikumist.
- Bessel: parim ajaline käitumine, minimaalse faas moonutus.
- Elliptiline: kõige järsem üleminek, kuid nii läbilaskva kui ka blokeeriva sagedusribaga.
2. Rakendused vibratsioonianalüüsis
Laagrite defektide avastamine
See on kõige levinum rakendus. Tavaline sageduspiir 500–2000 Hz eemaldab madalsageduslikud tasakaalustamatuse ja joondusvea vibratsioonid, jättes alles laagri kahjustuste poolt tekitatud kõrgsageduslikud löögisignaalid. See on ümbrisanalüüsi töötlemise esimene etapp, mille käigus need löögid demoduleeritakse, et tuvastada laagririkete sagedused.
Integreerimine kiiruse või nihke suhtes
Millal integreeriv kiirendus kuni kiirus või nihe, 2–10 Hz sagedusega HPF eemaldab alalisvoolu nihke ja väga madalad sagedused, mis muidu tekitaksid suuri triivivigu. See samm on madalsagedusliku integreerimise täpsuse tagamiseks hädavajalik.
Anduri paigaldusresonants — ribapiiramise ülesanne
Üks kiirendusmõõtur paigaldusresonants — tavaliselt 3–10 kHz magnetkinnituse korral — võib näite moonutada. Kuna see artefakt paikneb kõrgel sagedusel, ei eemalda kõrgpääsfilter seda: see surutakse maha ülemise sagedusvahemiku piiramisega madalpääs- (ribapiirava) filtriga või seda välditakse, hoides analüüsiriba resonantsist allpool. Ümbrikanalüüsis võidakse resonantsipiirkonda isegi teadlikult kasutada demodulatsiooni kandjaribana. Heli anduri paigaldamine Nõuetekohane anduri paigaldus täiendab filtreerimist.
DC-nihete eemaldamine
Kõrgsagedusfilter, mille lõikepunkt on väga madal (0,5–2 Hz), eemaldab signaalist alalisvoolukomponendi. See on vajalik signaali nõuetekohaseks töötlemiseks, et vältida FFT vead ja integratsioonikõikumine.
3. Praktiline rakendamine
Analoog- ja digitaalsed filtrid
Analoogilised üleminekufiltrid on riistvaralised ahelad signaali konditsioneerimisahelas. Need töötavad reaalajas osana anduri signaali konditsioneerimisest (nendega kaasnev aliasinguvastane aste on madalpääsfilter) ning pärast projekteerimist on nende omadused fikseeritud. Digitaalsed üleminekufiltrid on tarkvarapõhised ja neid kasutatakse andmete järelkäsitlemisel; nende läbilaskesagedust ja järjekorda saab reguleerida ning neid on võimalik rakendada või eemaldada pärast andmete kogumist. Kaasaegsed analüsaatorid pakuvad mitmeid digitaalsete filtrite võimalusi, mistõttu on sama andmekogumit võimalik uurida mitmel viisil.
Lõikesageduse valimine
Jaoks laagrite analüüs, seadista fc palju kõrgemal rootoriga seotud komponentidest — tüüpiliselt 500–1000 Hz lõikesagedus. See eemaldab 1×, 2× ja muud masina madalsageduslikud komponendid ning laseb läbi laagri löökidest ergutatud kõrgsagedusliku konstruktsiooniresonantsi piirkonna. Pange tähele, et laagri rikke kordumissagedused ise (tavaliselt 50–500 Hz) jäävad sellisest lõikesagedusest allapoole: need taastatakse hiljem ümbrisspektris kõrgsagedusliku signaali demoduleerimisega, mitte ei lasta otse läbi filtri. Selleks integreerimine, seadista fc 2–5 korda madalamal sagedusel kui uuritav madalaim sagedus: liiga madal sagedus võimaldab signaali nihkumist, liiga kõrge sagedus nõrgendab olulisi madalsageduslikke komponente; üldiseks integreerimiseks on tüüpiline sagedusvahemik 2–10 Hz.
4. Mõju mõõtmistulemustele
Kõrgsagedusfilter muudab signaali kolmel viisil, mida analüütik peab meeles pidama:
- Amplituudi mõjud: lõikepunktist madalamad sagedused vähenevad, väga madalad sagedused kaovad peaaegu täielikult ning lõikepunktist oluliselt kõrgemad sagedused jäävad muutumatuks; üleminekupiirkonnas on tegemist pigem järkjärgulise vähenemisega kui järsu piiriga.
- Faasiefektid: kõik filtrid tekitavad sagedusest sõltuva faas nihe, mis võib muuta ajadomeeni lainekuju. Besseli filtrid vähendavad seda faasimoonutust, mis on oluline lainekuju ajastuse tõlgendamisel.
- Lainekuju efektid: filter eemaldab madalsageduslikud baasjoone kõikumised ja tsentreerib aja lainekuju selle nulli ümber, mis võib muuta selle näivat iseloomu. Seetõttu on lainekuju tõlgendamisel oluline teada, millist filtreerimist on kasutatud.
5. Kõrgsagedusfiltrite kombineerimine teiste filtritega
Kõrgsagedusfiltrid töötavad harva eraldi. Kõrgsagedusfiltri ja madalsagedusfiltri ühendamisel tekib ribapääsfilter: HPF summutab madalaid sagedusi, LPF summutab kõrgeid sagedusi ja nende kombinatsioon laseb läbi ainult keskmise sagedusriba – just selline selektiivsus on vajalik konkreetse sagedusvahemiku eraldamiseks. Täielikus mitmeastmeline töötlemine ketis rakendatakse enne digiteerimist anti-aliasingut (madalpääsufilter), kõrgepääsufilter eemaldab alalisvoolu ja ribapääsufilter töötleb signaali ümbrise analüüsi jaoks; selline järjestikune filtreerimine moodustab lihtsatest etappidest keeruka signaali töötlemise. Kui aga tuleb hoopis eemaldada üksainus kitsas komponent, siis kammfilter on täiendav vahend.
6. Kõrgsagedusfilter välitingimustes mõõtmisel
Igapäevases välitöös on just õige kõrgsagedusfiltri seadistus see, mis muudab nõrga laagri defekti nähtavaks domineeriva rootori vibratsiooni taustal. Selline kaasaskantav kahekanaliline analüsaator nagu Balanset-1A mõõdab nii tasakaalustamiseks kui ka diagnostikaks vajalikku lairibasignaali, ning kõrgepääsfiltri kasutamine enne ümbrisanalüüsi võimaldab inseneril eristada varajasi laagri defektid selle sama masina suurest 1× tasakaalustamatusvastusest. Seetõttu on kõrgepääsfiltri omaduste – lõikesageduse, filtri järgu ning amplituudile ja faasile avaldatava mõju – mõistmine hädavajalik laagrite nõuetekohaseks analüüsiks, usaldusväärseks signaali integreerimiseks ning igasugusteks ülesanneteks, mis nõuavad sagedusvalikulist mõõtmist.
