Comprendre les filtres passe-bande
Définition : Qu'est-ce qu'un filtre passe-bande ?
Filtre passe-bande Le filtre passe-bande (BPF) est un élément de traitement du signal sélectif en fréquence qui permet vibration Un filtre passe-bande permet de laisser passer les composantes situées dans une bande de fréquences spécifiée, tout en atténuant celles situées en dessous et au-dessus de cette bande. Il combine les caractéristiques d'un filtre passe-haut (bloquant les basses fréquences) et d'un filtre passe-bas (bloquant les hautes fréquences) pour créer une “ fenêtre ” ne laissant passer qu'une plage de fréquences moyennes sélectionnée. Les filtres passe-bande sont définis par leur fréquence centrale, leur bande passante et leur ordre/pente.
En analyse vibratoire, les filtres passe-bande sont essentiels pour analyse d'enveloppe (isolation des fréquences d'impact des roulements), diagnostics ciblés (examen de plages de fréquences spécifiques) et élimination des vibrations indésirables en dehors de la bande de fréquences d'intérêt pour améliorer le rapport signal/bruit et la clarté des mesures.
Paramètres de filtrage
Fréquence centrale (f0)
- Milieu du passebande
- Fréquence de réponse maximale du filtre
- Sélectionné en fonction du contenu fréquentiel d'intérêt
- Généralement choisi pour correspondre à la fréquence de résonance ou de défaut
Bande passante (BW)
- Définition: Plage de fréquences entre les points à -3 dB (f_high – f_low)
- Bande étroite : NW < 10% de fréquence centrale (hautement sélectif)
- Bande large : Bande passante > 50% de fréquence centrale (moins sélectif)
- Facteur Q : Q = f0 / BW (Q plus élevé = bande étroite, plus sélective)
Caractéristiques du filtre
- Seuil inférieur (f_flow) : Fréquence à laquelle la pente inférieure atteint -3 dB
- Fréquence de coupure supérieure (f_high) : Fréquence à laquelle la pente supérieure atteint -3 dB
- Facteur de forme : Rapport entre la largeur de la bande d'arrêt et celle de la bande passante (mesure de la sélectivité)
Applications en analyse des vibrations
1. Analyse d'enveloppe (Application principale)
Première étape cruciale dans la détection des défauts des roulements :
- Sélection du groupe : 500 Hz – 10 kHz ou 1 kHz – 20 kHz typique
- But: Isoler les résonances de roulement à haute fréquence excitées par les impacts
- Processus : BPF → détection d'enveloppe → FFT de l'enveloppe
- Résultat: Amélioré fréquences de défaut des roulements clairement visible
2. Analyse des bandes de résonance
- Filtrer autour de la fréquence de résonance structurelle ou de roulement
- Isoler l'énergie à la résonance des autres fréquences
- Évaluer l'excitation et la réponse à un mode spécifique
- Utile pour le dépannage des problèmes de résonance
3. Isolation de la plage de fréquences
- Concentrez-vous sur une plage de fréquences de diagnostic spécifique.
- Exemple : 10-100 Hz pour l'analyse basse fréquence
- Élimine la dérive basse fréquence et le bruit haute fréquence
- Améliore la clarté pour les fréquences d'intérêt
4. Isolation des engrenages
- BPF centré sur la fréquence d'engrènement
- Passe la fréquence du maillage et les bandes latérales
- Bloque les autres étages d'engrenages et les fréquences de roulement
- Permet une analyse ciblée des engrenages
Conception de filtres passe-bande
Filtres passe-bas et passe-haut en cascade
Implémentation la plus courante :
- Le filtre passe-haut bloque les fréquences inférieures à f_flow
- Le filtre passe-bas bloque les fréquences supérieures à f_high.
- L'association en série crée un filtre passe-bande.
- Chaque filtre contribue à la sélectivité totale
Conception à bande passante directe
- Optimisé en tant que filtre unique plutôt qu'en cascade
- Plus complexe, mais peut atteindre de meilleures caractéristiques
- Utilisé dans des applications spécialisées
Considérations pratiques
Compromis liés au choix de la bande passante
Bande passante étroite
- Avantages : Meilleure sélectivité, réjection plus forte des fréquences adjacentes
- Inconvénients : Peut ne pas détecter les variations de fréquence, nécessite un réglage précis
- Utiliser: Lorsque la fréquence exacte est connue et stable
Large bande passante
- Avantages : Capture les variations de fréquence, réglage moins critique
- Inconvénients : Réjection réduite des fréquences indésirables voisines
- Utiliser: Lorsque la fréquence varie ou qu'une plage de fréquences est nécessaire
Pour l'analyse d'enveloppe
- Groupes typiques : 500-2 000 Hz, 1 000-5 000 Hz, 5 000-20 000 Hz
- Sélection: Choisir une bande avec une bonne excitation de résonance de roulement
- Vérifier: Vérifier le spectre d'accélération brut pour identifier la résonance
- Optimiser: Ajuster pour maximiser le signal de défaut du roulement
Effets de filtrage sur les signaux
Effets de la forme d'onde temporelle
- Le signal filtré ne présente que les fréquences de la bande passante.
- Apparaît comme porteuse modulée (si bande étroite)
- Élimine les variations de basse fréquence et le bruit de haute fréquence
- Peut simplifier l'interprétation des formes d'onde
Effets du spectre
- Amplitudes de la bande passante préservées
- Amplitudes de bande d'arrêt réduites (40-80 dB typiques)
- Spectre plus net centré sur la bande d'intérêt
- Le bruit de fond est abaissé si le bruit se situe en dehors de la bande passante.
Filtres passe-bande numériques et analogiques
Filtres analogiques
- Implémentation matérielle dans le chemin du signal
- Fonctionnement en temps réel
- Caractéristiques fixes une fois conçues
- Utilisé dans l'anti-repliement et le conditionnement du signal
Filtres numériques
- Traitement logiciel après numérisation
- Paramètres réglables
- Peut être appliqué/retiré après la collecte
- Les analyseurs modernes offrent de nombreuses options de BPF numériques
Applications courantes par plage de fréquences
Filtre passe-bande basse fréquence (10-200 Hz)
- Analyse des déséquilibres et des désalignements
- Surveillance des machines à basse vitesse
- Vibrations des fondations et de la structure
Filtre passe-bande moyenne fréquence (200-2000 Hz)
- Fréquences d'engrènement
- Fréquences de passage des pales/aubes
- Fréquences de défauts de roulement plus faibles
Filtre passe-bande haute fréquence (2-40 kHz)
- analyse de l'enveloppe des défauts de roulement
- Impacts à haute fréquence
- Fréquences ultrasoniques
- Excitation de résonance des paliers
Les filtres passe-bande sont des outils de traitement du signal polyvalents qui permettent une analyse ciblée de plages de fréquences spécifiques tout en rejetant les composantes indésirables de basses et hautes fréquences. La maîtrise du choix et de l'application des filtres passe-bande, notamment pour l'analyse d'enveloppe et l'isolation de plages de fréquences, est essentielle pour un diagnostic vibratoire avancé et une extraction efficace d'informations diagnostiques à partir de signatures vibratoires complexes.
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 