हाई-पास फिल्टर को समझना
ए उच्च-पास फ़िल्टर (HPF) एक आवृत्ति-चयनात्मक संकेत-प्रसंस्करण तत्व है जो कंपन निर्दिष्ट कटऑफ आवृत्ति के ऊपर के घटकों को गुजरने देता है जबकि कटऑफ के नीचे के घटकों को क्षीण करता है। में कंपन विश्लेषण, उच्च-पास फिल्टर निम्न-आवृत्ति कंपन को हटाते हैं (से असंतुलित होना and मिसलिग्न्मेंट) ताकि विश्लेषक उच्च-आवृत्ति सामग्री पर ध्यान केंद्रित कर सके (से बेयरिंग दोष, गियर जाल, और electrical sources), तथा ये DC offsets और low-frequency drift को समाप्त करते हैं। यह एक निम्न-अतरण फ़िल्टर.
उच्च-पास फिल्टर के लिए मौलिक हैं एन्वेलोप विश्लेषण और सामान्य संकेत फ़िल्टरिंग का mirror image है (इसके विपरीत anti-aliasing, digitisation से पहले लागू की जाने वाली low-pass function है), जिससे चुनी हुई frequency range से diagnostic information निकाली जा सकती है और उन अवांछित low-frequency components को अस्वीकार किया जा सकता है जो अन्यथा रुचिकर signals को ढक देते या उन पर हावी हो जाते।
1. फ़िल्टर की विशेषताएँ
तीन पैरामीटर यह परिभाषित करते हैं कि कोई भी उच्च-पास फिल्टर कैसे व्यवहार करता है: इसकी कटऑफ आवृत्ति, इसकी ढलान, और इसका अंतर्निहित डिजाइन प्रकार।
- कटऑफ आवृत्ति (fसी): वह आवृत्ति जिस पर फिल्टर प्रतिक्रिया −3 dB तक गिरती है (पासबैंड आयाम का 70.7%)। f के नीचेसी आवृत्तियां क्रमिक रूप से क्षीण होती हैं; f के ऊपरसी वे न्यूनतम नुकसान के साथ गुजरते हैं। कटऑफ को एप्लिकेशन और रुचि की आवृत्ति सामग्री के अनुसार चुना जाता है।
- फ़िल्टर स्लोप (roll-off दर): कटऑफ के नीचे क्षीणन की दर, dB प्रति ऑक्टेव या dB प्रति दशक में व्यक्त की गई। एक 1st-order फ़िल्टर 6 dB/octave (20 dB/decade) पर roll off होता है — एक कोमल ढलान; एक 2nd-order 12 dB/ऑक्टेव (40 dB/दशक) पर — मध्यम; एक 4th-order 24 dB/ऑक्टेव (80 dB/दशक) पर — खड़ी। उच्च क्रम तेज संक्रमण और बेहतर अस्वीकृति देते हैं लेकिन कार्यान्वयन के लिए अधिक जटिल हैं।
फ़िल्टर प्रकार तीक्ष्णता और निष्ठा के बीच व्यापार-बंद को निर्धारित करता है:
- बटरवर्थ: अधिकतम सपाट पास-बैंड प्रतिक्रिया।
- चेबीशेव: तीक्ष्ण कटऑफ, लेकिन पासबैंड में तरंग के साथ।
- बेसेल: सर्वोत्तम समय-डोमेन व्यवहार, न्यूनतम के साथ चरण विकृति।
- अण्डाकार: सभी में सबसे तीव्र संक्रमण, लेकिन पासबैंड और स्टॉपबैंड दोनों में लहरें।
2. कंपन विश्लेषण में अनुप्रयोग
असर खराबी का पता लगाना
यह सबसे सामान्य अनुप्रयोग है। आमतौर पर 500–2000 Hz की कटऑफ कम आवृत्ति असंतुलन और गलत संरेखण कंपन को हटाता है, उच्च आवृत्ति प्रभाव संकेत छोड़ता है जो असर क्षति से उत्पन्न होते हैं। यह लिफाफा विश्लेषण प्रसंस्करण का पहला चरण है, जो तब उन प्रभावों को विघ्नित करके प्रकट करता है बेयरिंग दोष आवृत्तियाँ.
वेग या विस्थापन में एकीकरण
कब एकीकृत करते हुए त्वरण को वेग या विस्थापन, 2–10 Hz पर सेट किया गया HPF DC ऑफसेट और बहुत कम आवृत्तियों को हटाता है जो अन्यथा बड़ी बहाव त्रुटियों में एकीभूत हो सकती हैं। यह चरण सटीक कम आवृत्ति एकीकरण के लिए आवश्यक है।
Sensor mounting resonance — band-limiting का कार्य
एक त्वरणमापी mounting resonance — आमतौर पर magnetic mount के लिए 3–10 kHz — readings को विकृत कर सकता है। क्योंकि यह artefact high frequency पर होता है, high-pass filter इसे नहीं हटाता: इसे low-pass (band-limiting) filter द्वारा upper frequency range सीमित करके दबाया जाता है, या analysis band को resonance से नीचे रखकर इससे बचा जाता है। Envelope analysis में resonance region को कभी-कभी demodulation carrier band के रूप में जानबूझकर उपयोग भी किया जाता है। Sound सेंसर माउंटिंग अभ्यास फ़िल्टरिंग को पूरक करता है।
डीसी-ऑफसेट हटाना
बहुत कम कटऑफ (0.5–2 Hz) वाला एक उच्च-पास फ़िल्टर संकेत के DC घटक को हटा देता है। यह उचित संकेत प्रसंस्करण के लिए आवश्यक है, रोकथाम FFT त्रुटियाँ और एकीकरण बहाव।
3. व्यावहारिक कार्यान्वयन
एनालॉग बनाम डिजिटल फ़िल्टर
एनालॉग उच्च-पास फ़िल्टर signal-conditioning chain के भीतर hardware circuits होते हैं। ये sensor signal conditioning के हिस्से के रूप में real time में कार्य करते हैं (इनके साथ आने वाला anti-aliasing stage low-pass filter होता है) और एक बार design हो जाने पर इनकी characteristics स्थिर रहती हैं। डिजिटल उच्च-पास फ़िल्टर सॉफ़्टवेयर-आधारित हैं और पोस्ट-प्रसंस्करण में लागू किए जाते हैं; उनकी कटऑफ और क्रम समायोज्य हैं, और डेटा संग्रह के बाद उन्हें लागू या हटाया जा सकता है। आधुनिक विश्लेषक कई डिजिटल फ़िल्टर विकल्प प्रदान करते हैं ताकि एक ही रिकॉर्ड की कई तरीकों से जांच की जा सके।
कटऑफ आवृत्ति का चयन
के लिए असर विश्लेषण, f सेट करेंसी रोटर-संबंधित घटकों से काफी ऊपर — आमतौर पर 500–1000 Hz कटऑफ़। यह 1×, 2× और अन्य कम-आवृत्ति मशीन घटकों को हटा देता है और बेयरिंग प्रभावों द्वारा उत्तेजित उच्च-आवृत्ति संरचनात्मक-रेजोनेंस क्षेत्र को पास करता है। ध्यान दें कि बेयरिंग दोष पुनरावृत्ति आवृत्तियाँ स्वयं (आमतौर पर 50–500 Hz) ऐसे कटऑफ़ से नीचे होती हैं: इन्हें बाद में उच्च-आवृत्ति सिग्नल को डीमॉड्युलेट करके एनवलप स्पेक्ट्रम में पुनर्प्राप्त किया जाता है, फ़िल्टर के माध्यम से सीधे पास नहीं किया जाता। के लिए एकीकरण, f सेट करेंसी ब्याज की सबसे कम आवृत्ति के 2–5× पर: बहुत कम होने से बहाव की अनुमति मिलती है, बहुत अधिक होने से वैध कम आवृत्ति घटक क्षीण होते हैं, सामान्य एकीकरण के लिए 2–10 Hz विशिष्ट होते हैं।
4. मापों पर प्रभाव
एक उच्च-पास फ़िल्टर संकेत को तीन तरीकों से बदलता है जिसे विश्लेषक को ध्यान में रखना चाहिए:
- आयाम प्रभाव: कटऑफ से नीचे की आवृत्तियों को कम किया जाता है, बहुत कम आवृत्तियों को अनिवार्य रूप से समाप्त कर दिया जाता है, और कटऑफ से बहुत ऊपर की आवृत्तियों को प्रभावित नहीं किया जाता है; संक्रमण क्षेत्र एक कठोर किनारे के बजाय क्रमिक कमी दिखाता है।
- फेज़ प्रभाव: सभी फ़िल्टर एक आवृत्ति-निर्भर प्रस्तुत करते हैं चरण स्थानांतरण, जो समय-क्षेत्र तरंगरूप के आकार को बदल सकता है। बेसल फ़िल्टर इस चरण विकृति को कम करते हैं, जो महत्वपूर्ण है जब तरंगरूप समय की व्याख्या की जा रही हो।
- तरंग रूप प्रभाव: फ़िल्टर निम्न-आवृत्ति आधारभूत भिन्नताओं को हटाता है और केंद्रित करता है समय तरंगरूप शून्य के चारों ओर, जो इसके स्पष्ट चरित्र को बदल सकता है। इसलिए, तरंगरूप की व्याख्या करते समय यह जानना महत्वपूर्ण है कि कौन सी फ़िल्टरिंग लागू की गई थी।
5. उच्च-पास फ़िल्टर को अन्य फ़िल्टर के साथ जोड़ना
उच्च-पास फ़िल्टर शायद ही अकेले कार्य करते हैं। उच्च-पास को निम्न-पास के साथ जोड़ने से एक बैंड-पास फ़िल्टरउत्पन्न होता है: HPF निम्न आवृत्तियों को अवरुद्ध करता है, LPF उच्च आवृत्तियों को अवरुद्ध करता है, और संयोजन केवल एक मध्य बैंड को पास करता है — यह बिल्कुल वह चयनात्मकता है जो एक विशिष्ट आवृत्ति श्रेणी को अलग करने के लिए आवश्यक है। पूर्ण बहु-चरण प्रसंस्करण श्रृंखला में, एंटी-अलियासिंग (निम्न-पास) डिजिटीकरण से पहले लागू किया जाता है, एक उच्च-पास DC को हटाता है, और एक बैंड-पास संकेत को लिफाफा विश्लेषण के लिए कंडीशन करता है; यह अनुक्रमिक फ़िल्टरिंग सरल चरणों से जटिल संकेत कंडीशनिंग बनाता है। जहां एक एकल संकीर्ण घटक को अस्वीकार करना है, एक नॉच फ़िल्टर पूरक उपकरण है।
6. क्षेत्र माप में उच्च-पास फ़िल्टरिंग
दिन-प्रतिदिन के क्षेत्र कार्य में, सही उच्च-पास सेटिंग वह है जो प्रमुख रोटर कंपन के नीचे एक कमजोर असर दोष को दृश्यमान बनाता है। एक पोर्टेबल दो-चैनल विश्लेषक जैसे कि Balanset-1A संतुलन और निदान दोनों के लिए आवश्यक व्यापक-बैंड संकेत को मापता है, और लिफाफा विश्लेषण से पहले एक उच्च-पास चरण लागू करने से इंजीनियर को प्रारंभिक को अलग करने देता है बेयरिंग दोष समान मशीन पर बड़ी 1× असंतुलन प्रतिक्रिया से। उच्च-पास विशेषताओं को समझना — कटऑफ आवृत्ति, फ़िल्टर क्रम, और आयाम और चरण पर प्रभाव — इसलिए ध्वनि असर विश्लेषण, विश्वसनीय संकेत एकीकरण, और किसी भी कार्य के लिए आवश्यक है जो आवृत्ति-चयनात्मक माप की मांग करता है।
