लो-पास फिल्टर को समझना

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Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

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Optical Sensor (Laser Tachometer)

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Balanset-4

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Magnetic Stand Insize-60-kgf

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Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

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परिभाषा: लो-पास फ़िल्टर क्या है?

लो पास फिल्टर (एलपीएफ) एक आवृत्ति-चयनात्मक सिग्नल प्रोसेसिंग तत्व है जो अनुमति देता है कंपन निर्दिष्ट कटऑफ आवृत्ति से नीचे के घटकों को गुजरने दिया जाता है, जबकि कटऑफ आवृत्ति से ऊपर के घटकों को क्षीण (कम या अवरुद्ध) किया जाता है। vibration analysis, निम्न-पास फिल्टर महत्वपूर्ण कार्य करते हैं, जिनमें एंटी-अलियासिंग (डिजिटल प्रणालियों में झूठी आवृत्तियों को रोकना), शोर में कमी, और केंद्रित विश्लेषण के लिए निम्न-आवृत्ति कंपन घटकों को अलग करना शामिल है।.

निम्न-पास फिल्टर संभवतः कंपन उपकरण में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले फिल्टर हैं, जो प्रत्येक डिजिटाइज़िंग सिस्टम में एंटी-अलियासिंग फिल्टर के रूप में मौजूद होते हैं और डेटा को सुचारू बनाने, उच्च-आवृत्ति शोर को हटाने और निम्न-आवृत्ति घटनाओं पर ध्यान केंद्रित करने के लिए विश्लेषण उपकरण के रूप में उपलब्ध होते हैं।.

फ़िल्टर विशेषताएँ

कटऑफ आवृत्ति (fc)

• परिभाषा: आवृत्ति जहाँ फ़िल्टर प्रतिक्रिया -3 dB (70.7% आयाम) तक गिर जाती है
• नीचे एफसी (पासबैंड): आवृत्तियाँ न्यूनतम क्षीणन के साथ गुजरती हैं
• एफसी (स्टॉपबैंड) से ऊपर: आवृत्तियाँ उत्तरोत्तर क्षीण होती जाती हैं
• संक्रमण बैंड: fc के आसपास का क्षेत्र जहाँ क्षीणन बढ़ता है

फ़िल्टर ऑर्डर और रोल-ऑफ़

• पहला आदेश: 6 डीबी/ऑक्टेव (20 डीबी/दशक) – क्रमिक रोल-ऑफ
• दूसरा आदेश: 12 डीबी/ऑक्टेव (40 डीबी/दशक) – मध्यम
• चौथा आदेश: 24 डीबी/ऑक्टेव (80 डीबी/दशक) – तीव्र
• 8वां आदेश: 48 डीबी/ऑक्टेव (160 डीबी/दशक) – बहुत तीव्र
• उच्च क्रम: तीव्र संक्रमण, बेहतर स्टॉपबैंड अस्वीकृति

प्रतिक्रिया प्रकार फ़िल्टर करें

• बटरवर्थ: अधिकतम सपाट पासबैंड, कोई तरंग नहीं
• चेबीशेव: तीव्र कटऑफ, पासबैंड तरंग की अनुमति देता है
• बेसेल: रैखिक चरण (न्यूनतम तरंगरूप विरूपण)
• अण्डाकार: सबसे तीव्र संक्रमण, दोनों बैंडों में तरंग

प्राथमिक अनुप्रयोग

1. एंटी-अलियासिंग (सबसे महत्वपूर्ण)

डिजिटल प्रणालियों में झूठी आवृत्तियों को रोकता है:

• उद्देश्य: नाइक्विस्ट आवृत्ति से ऊपर ब्लॉक आवृत्तियाँ (आधा नमूना दर)
• मांग: एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण से पहले
• सामान्य कटऑफ: 0.4-0.8 × (नमूना दर / 2)
• ढलान: अच्छे एलियासिंग अस्वीकृति के लिए आमतौर पर 8वें क्रम या उससे अधिक
• गंभीर: अपर्याप्त एंटी-अलियासिंग से झूठे स्पेक्ट्रल शिखर बनते हैं

2. शोर में कमी

• उच्च आवृत्ति वाले विद्युतीय शोर को हटाएँ
• सेंसर केबल शोर को फ़िल्टर करें
• ट्रेंडिंग के लिए सुचारू डेटा
• निम्न-आवृत्ति घटकों के लिए सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार करें

3. आवृत्ति रेंज सीमा

• रुचि की आवृत्ति सीमा पर फ़ोकस विश्लेषण
• उदाहरण: कम गति वाली मशीनरी के लिए 0-100 हर्ट्ज विश्लेषण
• अप्रासंगिक उच्च-आवृत्ति सामग्री को हटाता है
• डेटा प्रसंस्करण और भंडारण आवश्यकताओं को कम करता है

4. एकीकरण की तैयारी

• त्वरण को वेग में एकीकृत करने से पहले
• बहुत उच्च आवृत्तियों को हटाएँ (शोर जो प्रवर्धित हो जाएगा)
• विशिष्ट कटऑफ: अनुप्रयोग के आधार पर 1000-5000 हर्ट्ज
• एकीकरण में शोर प्रवर्धन को रोकता है

कटऑफ आवृत्ति का चयन

एंटी-अलियासिंग अनुप्रयोग

• नियम: fc = 0.4 × नमूना दर (रूढ़िवादी) से 0.8 × नमूना दर (आक्रामक)
• उदाहरण: 10 kHz नमूना दर → fc = 4000 Hz
• मानदंड: नाइक्विस्ट आवृत्ति पर स्टॉपबैंड क्षीणन > 60 dB

विश्लेषणात्मक अनुप्रयोग

• fc को रुचि की उच्चतम आवृत्ति के ठीक ऊपर सेट करें
• निम्न-आवृत्ति विश्लेषण (0-200 हर्ट्ज) के लिए: fc = 200-300 हर्ट्ज
• केवल असंतुलन के लिए (1×): fc = 5-10× दौड़ने की गति
• फ़िल्टर संक्रमण बैंड के लिए मार्जिन छोड़ें

शोर में कमी

• स्पेक्ट्रम से शोर आवृत्ति रेंज की पहचान करें
• सिग्नल आवृत्तियों को पास करने के लिए fc सेट करें, शोर आवृत्तियों को अस्वीकार करें
• शोर हटाने और सिग्नल संरक्षण के बीच संतुलन

माप पर प्रभाव

आयाम डोमेन

• पासबैंड: न्यूनतम आयाम परिवर्तन (< 0.5 डीबी आमतौर पर)
• स्टॉपबैंड: प्रबल क्षीणन (40-80 dB या अधिक)
• सभी समान स्तृय: यदि उच्च आवृत्तियाँ मौजूद हों तो समग्र कंपन को कम करता है

समय डोमेन

• तरंगरूप को सुचारू किया गया (उच्च आवृत्ति विविधताओं को हटाया गया)
• तीखे किनारे या गोल नुकीली नुकीली धारें
• क्षणिक प्रतिक्रिया (फ़िल्टर रिंगिंग) तरंग आकार को प्रभावित कर सकती है
• चरण विरूपण तरंगरूप व्याख्या को प्रभावित कर सकता है

आवृत्ति डोमेन

• स्पेक्ट्रम कटऑफ से ऊपर कम आयाम दिखाता है
• उच्च-आवृत्ति शिखर कम हो गए या समाप्त हो गए
• यदि शोर उच्च आवृत्ति का था तो शोर स्तर कम हो गया

सामान्य मुद्दे और समाधान

अपर्याप्त एंटी-अलियासिंग

• लक्षण: झूठी निम्न-आवृत्ति चोटियाँ स्पेक्ट्रम
• कारण: उच्च आवृत्तियाँ नाइक्विस्ट के नीचे वापस मुड़ रही हैं
• Solution: अधिक तीखे फिल्टर का उपयोग करें, नमूना दर बढ़ाएँ, फिल्टर की कार्यप्रणाली सत्यापित करें

कटऑफ बहुत कम

• लक्षण: मान्य उच्च-आवृत्ति संकेत क्षीण हो गए
• उदाहरण: अत्यधिक आक्रामक एलपीएफ द्वारा असर आवृत्तियों को कम किया गया
• Solution: कटऑफ आवृत्ति बढ़ाएँ, हल्के फिल्टर ढलान का उपयोग करें

फ़िल्टर कलाकृतियाँ

• घंटी बजना: तीव्र फ़िल्टर कटऑफ़ से समय डोमेन में दोलन
• चरण विरूपण: चरण परिवर्तन से तरंगरूप का आकार बदलता है
• Solution: महत्वपूर्ण तरंगरूप अनुप्रयोगों के लिए बेसेल फ़िल्टर का उपयोग करें

पूरक फ़िल्टर

लो-पास बनाम हाई-पास

• कम उत्तीर्ण: निम्न आवृत्तियों को पार करता है, उच्च आवृत्तियों को रोकता है
• हाई-पास: उच्च आवृत्तियों को पार करता है, निम्न आवृत्तियों को रोकता है
• पूरक: बैंड-पास फ़िल्टरिंग के लिए एक साथ उपयोग किया जाता है

बैंड-पास फ़िल्टर

• संयोजन: एचपीएफ + एलपीएफ
• केवल निर्दिष्ट बैंड में आवृत्तियों को पास करता है
• नीचे और ऊपर दोनों बैंड को अस्वीकार करता है
• के लिए आवश्यक है लिफाफा विश्लेषण

कंपन मापन प्रणालियों में लो-पास फ़िल्टर मूलभूत घटक होते हैं, जो एंटी-अलियासिंग सुरक्षा से लेकर शोर न्यूनीकरण और आवृत्ति रेंज चयन तक आवश्यक कार्य करते हैं। डिजिटल डेटा अधिग्रहण प्रणालियों में सटीक कंपन विश्लेषण और मापन संबंधी त्रुटियों से बचने के लिए लो-पास फ़िल्टर संचालन, उचित कटऑफ़ आवृत्ति चयन और मापे गए संकेतों पर प्रभावों को समझना अत्यंत महत्वपूर्ण है।.

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