Վերին հաճախությունների ֆիլտրերի հասկացումը
A բարձր հաճախությունների ֆիլտր (HPF) հաճախությունը ընտրող ազդանշանի մշակման տարր է, որը թույլ է տալիս տատանում նշված կտրման հաճախությունից բարձր բաղադրիչներն անցնել՝ միաժամանակ թուլացնելով կտրման հաճախությունից ցածր բաղադրիչները։ Տատանումների վերլուծության մեջ տատանումների վերլուծություն, բարձր հաճախություններն անցկացնող զտիչները հեռացնում են ցածր հաճախությունների տատանումները (օրինակ՝ անհավասարակշռություն և առանցքների շեղվածություն)՝ որպեսզի վերլուծաբանը կարողանա կենտրոնանալ բարձր հաճախությունների բովանդակության վրա (օրինակ՝ առանցքակալի թերություններ, ատամնավոր փոխանցման շփում, և էլեկտրական աղբյուրներից), և հեռացնում են DC շեղումներն ու ցածր հաճախությունների դրիֆտը։ Այն հայելային պատկերն է ցածր հաճախությունների ֆիլտր.
Բարձր հաճախություններն անցկացնող զտիչները հիմնարար են պարուրիչի վերլուծություն և ընդհանուր զուգաձայնիչների զտում (հակառակը՝ հակա-ալիասինգը ցածր հաճախություններն անցկացնող ֆունկցիա է, որը կիրառվում է դիգիտալացումից առաջ), թույլ տալով հանել ախտորոշիչ տեղեկատվությունը ընտրված հաճախությունների տիրույթից՝ միաժամանակ մերժելով ցանկալի չլինող ցածր հաճախությունների բաղադրիչները, որոնք հակառակ դեպքում կծածկեին կամ կգերակշռեին հետաքրքրություն ներկայացնող ազդանշանները։
1. Զտիչի բնութագրեր
Երեք պարամետրեր են որոշում, թե ինչպես է վարվում ցանկացած բարձր հաճախություններն անցկացնող զտիչը. դրա կտրման հաճախությունը, թեքությունը և հիմնական դիզայնի տեսակը։
- Կտրման հաճախություն (fc): հաճախությունը, որի դեպքում զտիչի արձագանքը իջնում է մինչև −3 dB (անցման շերտի ամպլիտուդի 70.7%-ը)։ fc ից ցածր հաճախությունները աստիճանաբար թուլանում են, fc ից բարձր հաճախություններն անցնում են նվազագույն կորուստներով։ Կտրման հաճախությունը ընտրվում է կիրառության և հետաքրքրություն ներկայացնող հաճախությունների բովանդակության համաձայն։
- Զտիչի թեքություն (roll-off rate). կտրման հաճախությունից ցածր թուլացման արագությունը, արտահայտված dB/օկտավայով կամ dB/տասնապատիկով։ 1-ին կարգի զտիչը թուլանում է 6 dB/օկտավայով (20 dB/տասնապատիկով)՝ թեթև թեքությամբ. 2-րդ կարգի 2-րդ կարգի 12 dB/օկտավայով (40 dB/տասնապատիկով)՝ միջին. 4-րդ կարգի 4-րդ կարգի 24 dB/օկտավայով (80 dB/տասնապատիկով)՝ խիստ։ Ավելի բարձր կարգերը տալիս են ավելի սուր անցում և ավելի լավ մերժում, բայց ավելի բարդ են իրականացնելու համար։
Զտիչի տեսակ որոշում է հավասարակշռությունը սրության և հավատարմության միջև.
- Բատերվորթի. առավելագույն հարթ անցման շերտի արձագանք։
- Չեբիշևի. ավելի սուր կտրում, բայց անցման շերտում ալիքներով։
- Բեսսելի. ամենալավ ժամանակային տիրույթի վարքագիծը՝ նվազագույն փուլ դեֆորմացիայով։
- Էլիպտիկ. ամենասուր անցումը բոլորից, բայց անցման և կանգնեցման շերտերում ալիքներով։
2. Կիրառությունը տատանումների վերլուծության մեջ
Առանցքակալի դեֆեկտների հայտնաբերում
Սա ամենատարածված կիրառությունն է։ Սովորաբար 500–2000 Հց կտրման հաճախությունը հեռացնում է ցածր հաճախությունների անհավասարակշռության և առանցքների շեղվածության տատանումները՝ թողնելով բարձր հաճախությունների ազդեցության ազդանշանները, որոնք առաջանում են առանցքակալի վնասվածքից։ Սա պարուրիչի վերլուծության մշակման առաջին փուլն է, որն այնուհետև դեմոդուլացնում է այդ ազդեցությունները՝ բացահայտելու առանցքակալի թերությունների հաճախություններ.
Ինտեգրում մինչև արագություն կամ տեղաշարժ
Երբ ինտեգրումը արագացում մինչև արագությունը կամ Տեղաշարժ, 2–10 Հց կարգավորված HPF-ն հեռացնում է DC շեղումը և շատ ցածր հաճախությունները, որոնք հակառակ դեպքում կինտեգրվեին մեծ դրիֆտային սխալների։ Այս քայլը անհրաժեշտ է ճշգրիտ ցածր հաճախությունների ինտեգրման համար։
Զոնդի մոնտաժի ռեզոնանսը՝ շերտը սահմանափակելու խնդիր
Մի ակսելերոմետր մոնտաժի ռեզոնանսը՝ սովորաբար 3–10 կՀց մագնիսական մոնտաժի համար, կարող է խեղաթյուրել չափումները։ Քանի որ այս արտեֆակտը գտնվում է բարձր հաճախությունների վրա, բարձր հաճախություններն անցկացնող զտիչը չի հեռացնում այն. այն ճնշվում է վերին հաճախությունների տիրույթը սահմանափակելով ցածր հաճախություններն անցկացնող (շերտը սահմանափակող) զտիչով կամ խուսափվում է՝ վերլուծության շերտը պահելով ռեզոնանսից ցածր։ Պարուրիչի վերլուծության մեջ ռեզոնանսային տիրույթը կարող է նույնիսկ կամքով օգտագործվել որպես դեմոդուլացիայի կրող շերտ։ Բարձրորակ զոնդի մոնտաժ պրակտիկան լրացնում է զտումը։
DC շեղման հեռացում
Շատ ցածր կտրման հաճախությամբ (0.5–2 Հց) բարձր հաճախություններն անցկացնող զտիչը հեռացնում է ազդանշանի DC բաղադրիչը։ Սա անհրաժեշտ է ազդանշանի ճիշտ մշակման համար՝ կանխելով FFT սխալներն ու ինտեգրման դրիֆտը։
3. Գործնական իրականացում
Անալոգային և դիգիտալ զտիչներ
Անալոգային բարձր հաճախություններն անցկացնող զտիչներ սիգնալի պայմանավորման շղթայի ներսում գտնվող ապարատային սխեմաներ են։ Դրանք աշխատում են իրական ժամանակում՝ որպես զոնդի սիգնալի պայմանավորման մաս (դրանց ուղեկցող հակա-ալիասինգի փուլը ցածր հաճախությունների ֆիլտր է), և մեկ անգամ նախագծվելուց հետո ունեն ֆիքսված բնութագրեր։ Թվային բարձր հաճախությունների ֆիլտրեր հիմնված են ծրագրային ապահովման վրա և կիրառվում են հետագա մշակման ժամանակ։ Դրանց կտրման հաճախությունը և կարգը կարգավորելի են, և դրանք կարելի է կիրառել կամ հեռացնել տվյալների հավաքագրումից հետո։ Ժամանակակից վերլուծիչները առաջարկում են բազմաթիվ թվային ֆիլտրման տարբերակներ, որպեսզի նույն գրառումը կարելի է ուսումնասիրել մի քանի եղանակով։
Կտրման հաճախության ընտրություն
Համար առանցքակալի վերլուծություն, սահմանեք fc շատ ավելի բարձր, քան ռոտորին առնչվող բաղադրիչները՝ սովորաբար 500–1000 Հց կտրման հաճախություն։ Սա հեռացնում է 1×, 2× և այլ ցածր հաճախությունների մեքենայական բաղադրիչները և անցկացնում բարձր հաճախությունների կառուցվածքային ռեզոնանսի գոտին, որը գրգռվում է առանցքակալի հարվածներից։ Նկատի ունեցեք, որ առանցքակալի թերությունների կրկնման հաճախությունները իրենք (սովորաբար 50–500 Հց) գտնվում են նման կտրման հաճախությունից ցածր։ Դրանք վերականգնվում են հետագայում պարուրիչի սպեկտրում՝ բարձր հաճախությունների սիգնալը դեմոդուլացնելով, ոչ թե ուղղակիորեն անցկացնելով ֆիլտրով։ Ինտեգրման համար ինտեգրում, սահմանեք fc ընտրվում է հետաքրքրություն ներկայացնող ամենացածր հաճախությունից 2–5 անգամ բարձր։ Շատ ցածր արժեքը թույլ է տալիս դրիֆտ, իսկ շատ բարձրը՝ թուլացնում է վավեր ցածր հաճախությունների բաղադրիչները, ընդ որում 2–10 Հց-ը սովորական է ընդհանուր ինտեգրման համար։
4. Ազդեցությունը չափումների վրա
Բարձր հաճախությունների ֆիլտրը սիգնալը փոխում է երեք կերպ, ինչը վերլուծաբանը պետք է հաշվի առնի.
- Ամպլիտուդային ազդեցություններ. կտրման հաճախությունից ցածր հաճախությունները նվազում են, շատ ցածր հաճախությունները գրեթե վերացվում են, իսկ կտրման հաճախությունից զգալիորեն բարձր հաճախությունները մնում են անփոփոխ։ Անցումային գոտին ցուցաբերում է աստիճանական նվազում՝ ոչ թե կտրուկ եզր։
- Ֆազային ազդեցություններ. բոլոր ֆիլտրերը ներմուծում են հաճախությունից կախված փուլ փոխադրում, որը կարող է փոխել ժամանակային տիրույթի ալիքաձևի ձևը։ Բեսելի ֆիլտրերը նվազեցնում են այս ֆազային աղավաղումը, ինչը կարևոր է, երբ մեկնաբանվում է ալիքաձևի ժամանակացույցը։
- Ալիքաձևի ազդեցություններ. ֆիլտրը հեռացնում է ցածր հաճախությունների բազային տատանումները և կենտրոնացնում ժամանակի ալիքաձև զրոյի շուրջ, ինչը կարող է փոխել դրա ակնհայտ բնույթը։ Հետևաբար, կարևոր է իմանալ, թե ինչ ֆիլտրում է կիրառվել, երբ մեկնաբանվում է ալիքաձևը։
5. Բարձր հաճախությունների ֆիլտրերի համադրում այլ ֆիլտրերի հետ
Բարձր հաճախությունների ֆիլտրերը հազվադեպ են աշխատում մենակ։ Բարձր հաճախությունների ֆիլտրի զուգակցումը ցածր հաճախությունների ֆիլտրի հետ ստեղծում է տիրույթանց ֆիլտր։ Բարձր հաճախությունների ֆիլտրը արգելափակում է ցածր հաճախությունները, ցածր հաճախությունների ֆիլտրը՝ բարձր հաճախությունները, իսկ համադրությունը անցկացնում է միայն միջին գոտին՝ ճիշտ այն ընտրողականությունը, որն անհրաժեշտ է կոնկրետ հաճախությունների տիրույթը մեկուսացնելու համար։ Պիտակավորման բազմաստիճան մշակման շղթայում հակա-ալիասինգը (ցածր հաճախությունների) կիրառվում է թվայնացումից առաջ, բարձր հաճախությունների ֆիլտրը հեռացնում է DC-ն, իսկ թափանցելի գոտու ֆիլտրը պայմանավորում է սիգնալը պարուրիչի վերլուծության համար։ Այս հաջորդական ֆիլտրումը պարզ փուլերից կառուցում է բարդ սիգնալի պայմանավորում։ Երբ անհրաժեշտ է մերժել միայն մեկ նեղ բաղադրիչ, ապա նոտչ զտիչ համալրող գործիքն է։
6. Բարձր հաճախությունների ֆիլտրումը տեղում չափումների ժամանակ
Օրական տեղում աշխատանքում ճիշտ բարձր հաճախությունների կարգավորումն է, ինչը դարձնում է թույլ առանցքակալի թերությունը տեսանելի գերիշխող ռոտորի տատանումների տակ։ Կրելի երկու ալիքային վերլուծիչ, ինչպիսին է Balanset-1A չափում է լայնաշերտ սիգնալը, որն անհրաժեշտ է ինչպես հավասարակշռման, այնպես էլ դիագնոստիկայի համար, և բարձր հաճախությունների փուլի կիրառումը պարուրիչի վերլուծությունից առաջ թույլ է տալիս ինժեներին տարանջատել վաղ առանցքակալի թերություններ նույն մեքենայի վրա գտնվող մեծ 1× անհավասարակշռության արձագանքից։ Բարձր հաճախությունների բնութագրերի՝ կտրման հաճախության, ֆիլտրի կարգի և ամպլիտուդի ու ֆազայի վրա ազդեցության հասկացումը հետևաբար անհրաժեշտ է առանցքակալի ճիշտ վերլուծության, հուսալի սիգնալի ինտեգրման և ցանկացած առաջադրանքի համար, որը պահանջում է հաճախությունների ընտրողական չափում։
