Comprendre les filtres passe-haut
Définition : Qu'est-ce qu'un filtre passe-haut ?
Filtre passe-haut (HPF) est un élément de traitement de signal sélectif en fréquence qui permet vibration composants au-dessus d'une fréquence de coupure spécifiée à traverser tout en atténuant (réduisant) les composants en dessous de la fréquence de coupure. analyse des vibrations, les filtres passe-haut sont utilisés pour supprimer les vibrations à basse fréquence (de déséquilibrer, désalignement) et se concentrer sur le contenu à haute fréquence (de défauts de roulement, engrènement des engrenages, fréquences électriques), ou pour éliminer les effets de résonance du montage du capteur et les décalages CC.
Les filtres passe-haut sont des composants fondamentaux dans analyse d'enveloppe, des systèmes d'anticrénelage et de conditionnement du signal, permettant l'extraction d'informations de diagnostic à partir de plages de fréquences spécifiques tout en rejetant les composants basse fréquence indésirables qui pourraient masquer ou submerger les signaux d'intérêt.
Caractéristiques du filtre
Fréquence de coupure (fc)
- Définition: Fréquence à laquelle la réponse du filtre tombe à -3 dB (70,7% d'amplitude de bande passante)
- Ci-dessous fc : Fréquences progressivement atténuées
- Au-dessus de fc : Les fréquences passent avec une atténuation minimale
- Sélection: Choisissez le FC en fonction de l'application et du contenu fréquentiel d'intérêt
Pente du filtre (taux de décroissance)
- Taux d'atténuation en dessous de la fréquence de coupure
- Exprimé en dB par octave ou dB par décennie
- 1er ordre : 6 dB/octave (20 dB/décade) – pente douce
- 2ème ordre : 12 dB/octave (40 dB/décade) – pente modérée
- 4ème ordre : 24 dB/octave (80 dB/décade) – pente raide
- Ordre supérieur : Transition plus nette, meilleur rejet, mais plus complexe
Types de filtres
- Butterworth : Réponse de bande passante extrêmement plate
- Tchebychev : Coupure plus nette mais avec ondulation dans la bande passante
- Bessel : Meilleures caractéristiques du domaine temporel (distorsion de phase minimale)
- Elliptique: Transition la plus nette mais ondulation dans la bande passante et la bande d'arrêt
Applications en analyse des vibrations
1. Détection des défauts de roulement
Application la plus courante :
- Couper: Généralement 500-2000 Hz
- But: Élimine les vibrations de déséquilibre et de désalignement à basse fréquence
- Résultat: Se concentrer sur les signaux d'impact de roulement à haute fréquence
- Utiliser: Première étape du traitement d'analyse d'enveloppe
2. Intégration pour la vitesse/le déplacement
- Lors de l'intégration de l'accélération à la vitesse ou au déplacement
- Le HPF à 2-10 Hz supprime le décalage CC et les très basses fréquences
- Empêche les erreurs d'intégration et les dérives
- Essentiel pour une intégration précise des basses fréquences
3. Élimination de la résonance du montage du capteur
- Résonance du montage de l'accéléromètre (généralement 3 à 10 kHz pour le montage magnétique)
- HPF supprime cet artefact de résonance
- Garantit que les mesures représentent les vibrations de la machine et non les effets des capteurs
4. Suppression du décalage CC
- Le HPF avec une coupure très basse (0,5-2 Hz) supprime la composante continue
- Nécessaire au bon traitement du signal
- Empêche les erreurs FFT et la dérive d'intégration
Mise en œuvre pratique
Filtres analogiques et numériques
Filtres passe-haut analogiques
- Circuits matériels dans le conditionnement du signal
- Fonctionnement en temps réel
- Anticrénelage et conditionnement du capteur
- Caractéristiques fixes une fois conçues
Filtres passe-haut numériques
- Post-traitement basé sur un logiciel
- Coupure réglable et ordre de filtrage
- Peut être appliqué/supprimé après la collecte des données
- Les analyseurs modernes offrent plusieurs options de filtrage
Sélection de la fréquence de coupure
Pour l'analyse des roulements
- Régler fc en dessous de la fréquence de défaut de roulement la plus basse
- Typique : coupure de 500 à 1 000 Hz
- Supprime 1×, 2×, les engrenages, etc.
- Passes portant des fréquences de défaut (typiquement 50-500 Hz) et leur modulation haute fréquence
Pour l'intégration
- Régler fc à 2 à 5 fois la fréquence d'intérêt la plus basse
- Trop bas : permet une dérive
- Trop élevé : atténue les composantes basses fréquences valides
- Typique : 2 à 10 Hz pour l'intégration générale
Effets sur les mesures
Effets d'amplitude
- Fréquences inférieures à la coupure réduites en amplitude
- Les très basses fréquences sont essentiellement éliminées
- Les fréquences bien au-dessus de la coupure ne sont pas affectées
- La région de transition montre une réduction progressive
Effets de phase
- Les filtres introduisent phase changement
- Déphasage dépendant de la fréquence
- Peut affecter la forme d'onde du domaine temporel
- Les filtres de Bessel minimisent la distorsion de phase
Effets de forme d'onde
- Supprime les variations de base à basse fréquence
- Centre la forme d'onde autour de zéro
- Peut modifier le caractère apparent de la forme d'onde
- Il est important de comprendre le filtrage lors de l'interprétation des formes d'onde
Combiné avec d'autres filtres
Passe-haut + passe-bas = passe-bande
- HPF bloque les basses fréquences
- Le LPF bloque les hautes fréquences
- La combinaison ne passe que par la bande médiane
- Crée un filtre passe-bande pour une plage de fréquences spécifique
Passe-haut dans le traitement multi-étapes
- Anticrénelage (passe-bas) avant numérisation
- Passe-haut pour la suppression du courant continu
- Bande passante pour l'analyse d'enveloppe
- Filtrage séquentiel pour le conditionnement de signaux complexes
Les filtres passe-haut sont des outils de traitement du signal essentiels en analyse vibratoire. Ils permettent d'isoler les informations diagnostiques haute fréquence en supprimant les composantes basses fréquences dominantes. La compréhension des caractéristiques des filtres passe-haut (fréquence de coupure, ordre de filtrage et effets sur l'amplitude et la phase) est essentielle pour une application optimale en analyse des roulements, intégration du signal et toute analyse nécessitant des mesures sélectives en fréquence.
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