Madalpääsfiltrite mõistmine
Definitsioon: Mis on madalpääsfilter?
Madalpääsfilter (LPF) on sagedusselektiivne signaalitöötluselement, mis võimaldab vibratsioon komponente allapoole kindlaksmääratud piirsagedust, et need läbiksid, samal ajal nõrgestades (vähendades või blokeerides) komponente üle piirsageduse. vibratsiooni analüüs, Madalpääsfiltrid täidavad kriitilisi funktsioone, sealhulgas anti-aliasingut (valede sageduste vältimiseks digitaalsüsteemides), müra vähendamist ja madalsageduslike vibratsioonikomponentide isoleerimist fokuseeritud analüüsi jaoks.
Madalpääsfiltrid on ehk kõige sagedamini kasutatavad filtrid vibratsioonimõõteriistades, esinedes igas digiteerimissüsteemis anti-aliasing-filtritena ja saadaval analüüsivahenditena andmete silumiseks, kõrgsagedusliku müra eemaldamiseks ja madalsageduslike nähtuste uurimiseks.
Filtri omadused
Piirsagedus (fc)
- Definitsioon: Sagedus, mille puhul filtri reaktsioon langeb -3 dB-ni (amplituud 70,7%)
- Alla fc (pääsriba): Sagedused läbivad minimaalse sumbumisega
- Üle fc (stoppriba): Sagedused järk-järgult nõrgenevad
- Üleminekuriba: Piirkond fc ümber, kus sumbumine suureneb
Filtri järjekord ja eemaldamine
- 1. tellimus: 6 dB/oktav (20 dB/dekaad) – järkjärguline vaibumine
- 2. tellimus: 12 dB/oktav (40 dB/dekaad) – mõõdukas
- 4. tellimus: 24 dB/oktav (80 dB/dekaad) – järsk
- 8. tellimus: 48 dB/oktav (160 dB/dekaad) – väga järsk
- Kõrgem järk: Teravam üleminek, parem stoppribade tõrjutus
Filtri vastuse tüübid
- Butterworth: Maksimaalselt lame pääsuriba, pulsatsioonita
- Tšebõšev: Teravam piirväärtus, võimaldab pääsuriba pulsatsiooni
- Bessel: Lineaarne faas (minimaalne lainekuju moonutus)
- Elliptiline: Teravaim üleminek, pulsatsioon mõlemas ribas
Peamised rakendused
1. Silumine (kõige olulisem)
Väldib digitaalsüsteemides valesageduste teket:
- Eesmärk: Nyquisti sagedusest kõrgemate sageduste plokk (pool diskreetimissagedusest)
- Nõue: Enne analoog-digitaalmuundamist
- Tüüpiline piirväärtus: 0,4–0,8 × (valimisagedus / 2)
- Järskus: Tavaliselt 8. järku või kõrgem hea aliasingu tõrjumiseks
- Kriitiline: Ebapiisav silumine tekitab valesid spektraalpiike
2. Müra vähendamine
- Eemaldage kõrgsageduslik elektriline müra
- Anduri kaabli müra filtreerimine
- Sujuvad andmed trendide jaoks
- Parandada madalsageduslike komponentide signaali-müra suhet
3. Sagedusvahemiku piiramine
- Fookuse analüüs huvipakkuva sagedusvahemiku kohta
- Näide: 0–100 Hz analüüs madala kiirusega masinate jaoks
- Eemaldab ebaolulise kõrgsagedusliku sisu
- Vähendab andmetöötlus- ja salvestusvajadust
4. Integratsiooni ettevalmistamine
- Enne kiirenduse ja kiiruse integreerimist
- Eemaldab väga kõrged sagedused (müra, mis võimendub)
- Tüüpiline piirväärtus: 1000–5000 Hz, olenevalt rakendusest
- Hoiab ära müra võimendumise integreerimisel
Piirsageduse valimine
Anti-aliasing rakendused
- Reegel: fc = 0,4 × diskreetimissagedus (konservatiivne) kuni 0,8 × diskreetimissagedus (agressiivne)
- Näide: 10 kHz diskreetimissagedus → fc = 4000 Hz
- Kriteerium: Stoppriba sumbumine > 60 dB Nyquisti sagedusel
Analüütilised rakendused
- Määrake fc veidi kõrgemale huvipakkuvast kõrgeimast sagedusest
- Madala sagedusega analüüsiks (0–200 Hz): fc = 200–300 Hz
- Ainult tasakaalustamatuse (1×) korral: fc = 5–10× töökiirus
- Jäta filtri üleminekuriba jaoks varu
Müra vähendamine
- Müra sagedusvahemiku tuvastamine spektri põhjal
- Määrake fc signaalisageduste edastamiseks, mürasageduste tõrjumiseks
- Tasakaal müra eemaldamise ja signaali säilitamise vahel
Mõju mõõtmistele
Amplituudidomeen
- Pääsriba: Minimaalne amplituudi muutus (<0,5 dB (tavaliselt <0,5 dB)
- Stoppriba: Tugev sumbuvus (40–80 dB või rohkem)
- Üldine tase: Vähendab üldist vibratsiooni kõrgete sageduste esinemisel
Ajadomeen
- Lainekuju silutud (kõrgsageduslikud kõikumised eemaldatud)
- Teravad servad või ümarad naelad
- Mööduv reaktsioon (filtri helin) võib mõjutada lainekuju kuju
- Faasimoonutus võib mõjutada lainekuju tõlgendamist
Sagedusdomeen
- Spektri amplituud on piirväärtusest kõrgemal vähenenud
- Kõrgsageduslikud piigid vähenevad või kaovad
- Mürakorrust alandati, kui müra oli kõrgsageduslik
Levinumad probleemid ja lahendused
Ebapiisav silumine
- Sümptom: Valed madalsageduslikud piigid spekter
- Põhjus: Kõrged sagedused taanduvad Nyquisti alla
- Lahendus: Kasutage järsemat filtrit, suurendage diskreetimissagedust, kontrollige filtri toimimist
Läviväärtus liiga madal
- Sümptom: Kehtivad kõrgsagedussignaalid nõrgenevad
- Näide: Liiga agressiivse madalpääsfiltri abil vähendatud laagrisagedused
- Lahendus: Suurenda lõikesagedust, kasuta laugemat filtri kallet
Filtreeri artefakte
- Helina: Terava filtri piirväärtusest tingitud ajadomeeni võnkumised
- Faasi moonutus: Lainekuju kuju muutub faasinihete tõttu
- Lahendus: Kriitiliste lainekujude rakenduste jaoks kasutage Besseli filtrit
Täiendavad filtrid
Madalpääs vs. kõrgpääs
- Madalpääs: Edastab madalaid sagedusi, blokeerib kõrgeid
- Kõrgpääs: Edastab kõrgeid sagedusi, blokeerib madalaid
- Täiendav: Kasutatakse koos ribapääsfiltreerimiseks
Ribapääsfilter
- Kombinatsioon: kõrgpäästja + madalpäästja
- Läbib ainult määratud sagedusriba sagedusi
- Lükkab tagasi nii riba alt kui ka ülevalt
- Hädavajalik ümbriku analüüs
Madalpääsfiltrid on vibratsioonimõõtesüsteemide põhikomponendid, mis täidavad olulisi funktsioone alates silumisvastasest kaitsest kuni müra vähendamise ja sagedusvahemiku valikuni. Madalpääsfiltri töö, õige piirsageduse valiku ja mõõdetud signaalidele avalduvate mõjude mõistmine on täpse vibratsioonianalüüsi ja mõõtmise artefaktide vältimise seisukohalt digitaalsetes andmekogumissüsteemides ülioluline.
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 