Comprendre les filtres passe-bas

Dispositifs

Equilibreur portable et analyseur de vibrations Balanset-1A

$2,336.95 Le prix initial était : $2,336.95.$2,011.55Le prix actuel est : $2,011.55.

Pièces détachées

Capteur de vibration

$106.49 Le prix initial était : $106.49.$82.83Le prix actuel est : $82.83.

Pièces détachées

Capteur optique (tachymètre laser)

$146.72 Le prix initial était : $146.72.$106.49Le prix actuel est : $106.49.

Dispositifs

Balanset-4

$8,049.74

Pièces détachées

Taille du support magnétique-60-kgf

$54.43

Pièces détachées

Bande réfléchissante

$11.83

Dispositifs

Equilibreur dynamique "Balanset-1A" OEM

$2,052.96 Le prix initial était : $2,052.96.$1,774.90Le prix actuel est : $1,774.90.

Définition : Qu'est-ce qu'un filtre passe-bas ?

Filtre passe-bas Le filtre passe-bas (LPF) est un élément de traitement du signal sélectif en fréquence qui permet vibration Les composantes inférieures à une fréquence de coupure spécifiée doivent être laissées passer, tandis que les composantes supérieures à cette fréquence de coupure sont atténuées (réduites ou bloquées). analyse des vibrations, Les filtres passe-bas remplissent des fonctions essentielles, notamment l'anti-repliement (prévention des fausses fréquences dans les systèmes numériques), la réduction du bruit et l'isolation des composantes de vibration basse fréquence pour une analyse ciblée.

Les filtres passe-bas sont peut-être les filtres les plus couramment utilisés dans l'instrumentation de mesure des vibrations ; ils sont présents dans tous les systèmes de numérisation en tant que filtres anti-repliement et disponibles comme outils d'analyse pour lisser les données, supprimer le bruit haute fréquence et se concentrer sur les phénomènes basse fréquence.

Caractéristiques du filtre

Fréquence de coupure (fc)

• Définition: Fréquence à laquelle la réponse du filtre chute à -3 dB (amplitude 70,7%)
• En dessous de fc (bande passante) : Les fréquences passent avec une atténuation minimale
• Au-dessus de fc (bande d'arrêt) : Fréquences progressivement atténuées
• Bande de transition : Région autour de fc où l'atténuation augmente

Ordre des filtres et écoulement

• 1er ordre : 6 dB/octave (20 dB/décade) – atténuation progressive
• 2ème ordre : 12 dB/octave (40 dB/décade) – modéré
• 4ème ordre : 24 dB/octave (80 dB/décade) – pente raide
• 8e ordre : 48 dB/octave (160 dB/décade) – pente très raide
• Ordre supérieur : Transition plus nette, meilleure réjection de la bande d'arrêt

Types de réponse du filtre

• Butterworth : Bande passante parfaitement plate, sans ondulation
• Tchebychev : Coupure plus nette, permet une ondulation de la bande passante
• Bessel : Phase linéaire (distorsion minimale de la forme d'onde)
• Elliptique: Transition la plus abrupte, ondulation dans les deux bandes

Applications principales

1. Anticrénelage (Très important)

Prévient les fausses fréquences dans les systèmes numériques :

• But: Fréquences de blocage supérieures à la fréquence de Nyquist (demi-fréquence d'échantillonnage)
• Exigence: Avant la conversion analogique-numérique
• Seuil typique : 0,4-0,8 × (Taux d'échantillonnage / 2)
• Pente : Généralement, un ordre de 8 ou plus est nécessaire pour une bonne réjection du repliement de spectre.
• Critique: Un anti-aliasing inadéquat crée de faux pics spectraux.

2. Réduction du bruit

• Supprimer les bruits électriques à haute fréquence
• Filtrer le bruit du câble du capteur
• Données lissées pour les tendances
• Améliorer le rapport signal/bruit pour les composants basse fréquence

3. Limitation de la plage de fréquences

• Analyse ciblée sur la plage de fréquences d'intérêt
• Exemple : Analyse 0-100 Hz pour les machines à basse vitesse
• Supprime le contenu haute fréquence non pertinent
• Réduit les besoins en traitement et en stockage des données

4. Préparation à l'intégration

• Avant d'intégrer l'accélération à la vitesse
• Supprimer les très hautes fréquences (bruit qui serait amplifié)
• Fréquence de coupure typique : 1 000 à 5 000 Hz selon l’application
• Empêche l'amplification du bruit lors de l'intégration

Sélection de la fréquence de coupure

Applications d'anticrénelage

• Règle: fc = 0,4 × Fréquence d'échantillonnage (conservateur) à 0,8 × Fréquence d'échantillonnage (agressif)
• Exemple: Fréquence d'échantillonnage de 10 kHz → fc = 4000 Hz
• Critère: Atténuation dans la bande d'arrêt > 60 dB à la fréquence de Nyquist

Applications analytiques

• Réglez fc juste au-dessus de la fréquence d'intérêt la plus élevée
• Pour l'analyse basse fréquence (0-200 Hz) : fc = 200-300 Hz
• En cas de déséquilibre uniquement (1×) : fc = 5 à 10 fois la vitesse de course
• Laisser une marge pour la bande de transition du filtre

Réduction du bruit

• Identifier la plage de fréquences du bruit à partir du spectre
• Configurez fc pour laisser passer les fréquences du signal et rejeter les fréquences du bruit.
• Équilibre entre la suppression du bruit et la préservation du signal

Effets sur les mesures

Domaine d'amplitude

• Bande passante : Changement d'amplitude minimal (< 0,5 dB typiquement)
• Bande d'arrêt : Forte atténuation (40 à 80 dB ou plus)
• Niveau global : Réduit les vibrations globales en présence de hautes fréquences.

Domaine temporel

• Forme d'onde lissée (variations haute fréquence supprimées)
• bords tranchants ou pointes arrondis
• La réponse transitoire (oscillation du filtre) peut affecter la forme d'onde
• La distorsion de phase peut affecter l'interprétation de la forme d'onde

Domaine fréquentiel

• Le spectre montre des amplitudes réduites au-dessus de la fréquence de coupure.
• Les pics de haute fréquence ont diminué ou ont été éliminés.
• Le niveau de bruit de fond a été abaissé si le bruit était de haute fréquence.

Problèmes courants et solutions

Anticrénelage insuffisant

• Symptôme: Faux pics de basse fréquence dans spectre
• Cause: Les hautes fréquences se replient en dessous du seuil de Nyquist.
• Solution : Utilisez un filtre plus abrupt, augmentez la fréquence d'échantillonnage, vérifiez le fonctionnement du filtre

Seuil trop bas

• Symptôme: Signaux haute fréquence valides atténués
• Exemple: Fréquences de roulement réduites par un filtre passe-bas trop agressif
• Solution : Augmentez la fréquence de coupure, utilisez une pente de filtre plus douce

Filtrer les artefacts

• Sonnerie: Oscillations dans le domaine temporel dues à une coupure nette du filtre
• Distorsion de phase : Les changements de forme d'onde sont dus aux déphasages.
• Solution : Utilisez le filtre de Bessel pour les applications critiques en matière de forme d'onde.

Filtres complémentaires

Filtre passe-bas vs filtre passe-haut

• Filtre passe-bas : Laisse passer les basses fréquences, bloque les hautes.
• Filtre passe-haut : Laisse passer les hautes fréquences, bloque les basses.
• Complémentaire: Utilisés ensemble pour le filtrage passe-bande

Filtre passe-bande

• Combinaison : HPF + LPF
• Ne laisse passer que les fréquences de la bande spécifiée.
• Rejette les fréquences inférieures et supérieures à la bande
• Essentiel pour analyse d'enveloppe

Les filtres passe-bas sont des composants essentiels des systèmes de mesure des vibrations. Ils assurent des fonctions cruciales telles que la protection contre le repliement de spectre, la réduction du bruit et la sélection de la plage de fréquences. Comprendre leur fonctionnement, le choix approprié de leur fréquence de coupure et leurs effets sur les signaux mesurés est indispensable pour une analyse vibratoire précise et pour éviter les artefacts de mesure dans les systèmes d'acquisition de données numériques.

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