הבנת מסנני חריץ
הגדרה: מהו מסנן חריץ?
מסנן חריץ (נקרא גם מסנן עצירת פס, מסנן דחיית פס או מלכודת תדר) הוא רכיב עיבוד אותות סלקטיבי לתדר אשר מחליש חזק רֶטֶט רכיבים בתוך פס תדרים צר תוך מתן אפשרות לכל התדרים מחוץ לפס זה לעבור ללא שינוי משמעותי. מסנן חריץ הוא ההפך ממסנן מעביר פס: במקום להעביר פס ולחסום את כל השאר, הוא חוסם פס ספציפי ומעביר את כל השאר.
מסנני חריץ משמשים ב vibration analysis כדי להסיר הפרעות דומיננטיות (רעש חשמלי של 60 הרץ), לבטל רכיבי רטט מכריעים (חוסר איזון גבוה מאוד של פי 1 המסווה אותות אחרים), או לדכא תהודות שמסתירות מידע אבחוני. הם מאפשרים "לראות מסביב" תדרים דומיננטיים כדי לחשוף רכיבים חלשים יותר אך חשובים מבחינה אבחנתית.
מאפייני מסנן
תדר מרכז (חריץ)
- תדירות הנחתה מקסימלית
- התדר "מוחלש"“
- מכוון להפרעות ספציפיות או תדר לא רצוי
- הנחתה בדרך כלל 40-60 dB במרכז
רוחב פס חריץ
- חריץ צר: דוחה טווח תדרים סלקטיבי מאוד (Q גבוה)
- חריץ רחב: דוחה פס תדרים רחב יותר (Q נמוך)
- גורם Q: תדר מרכז / רוחב פס
- טיפוסי: Q = 10-50 עבור יישומי רטט
עומק הנחתה
- כמה תדירות החריץ מופחתת
- בדרך כלל 40-60 dB (הפחתה של ×100-1000)
- מסננים מסדר גבוה יותר מספקים חריצים עמוקים יותר
- תדרים סמוכים מושפעים באופן מינימלי
יישומים נפוצים
1. הסרת הפרעות חשמליות
ביטול רעשי קווי חשמל:
- חריץ 60 הרץ: מסיר את קלט החשמל של 60 הרץ בצפון אמריקה
- חריץ 50 הרץ: מסיר הפרעות של 50 הרץ באירופה/אסיה
- תוֹרַת הַרמוֹנִיָה: חריצים נוספים ב-120/180/240 הרץ או 100/150/200 הרץ
- תוֹעֶלֶת: ספקטרום נקי יותר שחושף רטט מכני
- זְהִירוּת: אין להשתמש אם לתדר קו כפול (120/100 הרץ) יש ערך אבחוני
2. דיכוי רכיבים דומיננטיים
- חוסר איזון חמור: חריץ החוצה מכריע 1× כדי לראות רכיבים אחרים
- רשת הילוכים גבוהה: הסר את רשת ההילוכים הדומיננטית כדי לחשוף את תדרי המיסבים
- תהודה חזקה: דיכוי תהודה מבנית כדי לראות עירור
- מַטָרָה: חשיפת מידע אבחוני מוסווה
3. ביטול תהודה של חיישן
- הסר ממצאי תהודה של הרכבת החיישן
- חריץ בתדר תהודה של הרכבה (משתנה בהתאם לשיטת ההרכבה)
- מבטיח שהמידות מייצגות את המכונה, ולא את החיישן
4. הימנעות מחריגים (aliasing artifacts)
- סמן תדרים גבוהים ספציפיים לפני דגימה למטה
- מונע כינוי של רכיבים חזקים ידועים
- משלים את מסנן המעבר הנמוך (low pass filter) נגד עינוי
שיקולי עיצוב
בחירת רוחב חריץ
חריץ צר (Q גבוה)
- יִתרוֹן: הסרה כירורגית של תדר יחיד, השפעה מינימלית על גורמים סמוכים
- חִסָרוֹן: התדירות חייבת להיות ידועה במדויק ויציבה
- דוּגמָה: חריץ 60.0 הרץ ± 0.5 הרץ להפרעות חשמליות
חריץ רחב (Q נמוך)
- יִתרוֹן: לוכד שינויי תדר, כוונון פחות קריטי
- חִסָרוֹן: עשוי להשפיע על התדרים שברצונך לשמור
- דוּגמָה: 1× ± 5 הרץ להסרת חוסר איזון המשתנה עם תנודות מהירות
פשרה בין עומק לרוחב
- חריצים עמוקים יותר (מעל 60 dB) דורשים לעתים קרובות רוחב פס רחב יותר
- חריצים צרים מאוד עלולים לא להשיג הנחתה עמוקה
- אופטימיזציה בהתבסס על דרישות האפליקציה
יתרונות ומגבלות
יתרונות
- מסיר תדרי הפרעה דומיננטיים
- חושף רכיבי אבחון מוסווים
- משפר את השימוש בטווח הדינמי
- מאפשר התמקדות באותות חלשים יותר אך חשובים
מגבלות ואזהרות
- מסיר מידע: תוכן התדר המחורץ אבד לצמיתות
- יכול להסתיר בעיות: אם לתדר המחורץ יש ערך אבחוני, הבעיה הוחמצה
- עיוות פאזה: מסנני חריץ יכולים להשפיע באופן משמעותי על תדר פאזה ליד חריץ
- צִלצוּל: חריצים חדים יכולים ליצור ארטיפקטים בתחום הזמן
- השתמש בזהירות: צריך להשלים, לא להחליף, ניתוח לא מסונן
שיטות עבודה מומלצות
מתי להשתמש במסנני חריץ
- הפרעות ידועות (רעש חשמלי) שמסתירות מדידות
- רכיב דומיננטי (חוסר איזון חמור) המונע ניצול של טווח דינמי
- לאחר ניתוח לא מסונן, התדר המחורץ לא אבחנתי
- לחשוף אותות חלשים לצורך בדיקה מפורטת
מתי לא להשתמש
- מדידות סקר שגרתיות (שימוש ללא סינון לאבחון כללי)
- כאשר לתדר חריץ יש ערך אבחוני
- בלי להבין תחילה את הספקטרום המלא והלא מסונן
- כתחליף לתיקון מקור ההפרעה בפועל
תיעוד
- תמיד תעד מתי נעשה שימוש במסנן חריץ
- תדר שיא ורוחב פס
- שמור נתונים לא מסוננים לצורך עיון
- שימו לב לסיבה לסינון חריצים
יישום
מסנני חריץ חומרה
- תדר קבוע (בדרך כלל 50 או 60 הרץ)
- ניתן להכניס/להוציא לפי הצורך
- מעגל אנלוגי במכשיר
- פעולה בזמן אמת
מסנני חריץ תוכנה
- יושם על נתונים דיגיטליים
- תדר מרכז ורוחב פס מתכווננים
- ניתן לבדוק פרמטרים שונים של חריץ
- לא הרסני (הנתונים המקוריים נשמרים)
מסנני חריצים הם כלי עיבוד אותות מיוחדים המסירים באופן סלקטיבי פסי תדרים צרים מאותות רטט. בעוד שהם רבי עוצמה בביטול הפרעות וחשיפת רכיבים מוסווים, יש להשתמש במסנני חריצים בתבונה תוך הבנה מלאה של איזה מידע נזרק, תוך הבטחה שהתדרים המחורצים אינם מכילים תוכן אבחוני חשוב.