Սիգնալի ֆիլտրման հասկացում
Ազդանշանի զտում հիմնարար ազդանշանների մշակման տեխնիկա է, որն օգտագործվում է տատանումների վերլուծություն ազդանշանից անցանկալի հաճախականային բաղադրիչները հեռացնելու կամ հետաքրքրություն ներկայացնող կոնկրետ հաճախականությունները մեկուսացնելու համար: Զտիչը, ըստ էության, էլեկտրոնային սխեմա կամ ծրագրային ալգորիթմ է, որը թույլ է տալիս որոշակի հաճախականությունների “անցնել”, մինչդեռ մյուսները արգելափակում կամ թուլացնում է: Այն այս ոլորտի ամենաաննկատ աշխատավորներից մեկն է. զտումը անընդհատ աշխատում է յուրաքանչյուր թվային տատանումների վերլուծիչ այն ապահովելու համար, որ վերլուծվող տվյալները մաքուր, ճշգրիտ և վերաբերող լինեն տվյալ դիագնոստիկ խնդրին:
1. Սահմանում. Ո՞րն է սիգնալի ֆիլտրումը
Յուրաքանչյուր չմշակված տատանումների չափում ազդանշանների խառնուրդ է՝ ինչը ցանկանում եք և ինչը՝ ոչ: զոնդերի աղմուկ, կառուցվածքային ռեզոնանսներ, էլեկտրական շշուկ և էներգիա այն հաճախականային տիրույթներից, որոնք պարզապես չեն վերաբերում ընթացիկ աշխատանքին: Զտիչը բնութագրվում է իր հատման հաճախականությամբ (այն կետը, որտեղ այն սկսում է թուլացնել) և իր թուլացման անկյունով (ինչքան կտրուկ է այն թուլացնում այդ կետից հետո): Զտման արվեստը կայանում է ազդանշանի դիագնոստիկ բովանդակությունը անցկացնելու և միաժամանակ ճնշելու մեջ ամեն ինչ, ինչ կարող է այն թաքցնել: Եթե ճիշտ է կատարվում, այն անտեսանելի է. եթե վատ՝ կարող է թաքցնել հենց այն թերությունը, որը որոնում եք:
2. Ֆիլտրների տարածված տեսակները տատանումների վերլուծության մեջ
Ազդանշանների մշակման մեջ օգտագործվում են չորս հիմնական զտիչ տեսակներ, և յուրաքանչյուրն ունի իր հատուկ դերը վերլուծիչի ազդանշանային շղթայում.
- Ցածր հաճախականության զտիչ: թույլ է տալիս ցածր հաճախականություններին անցնել, բայց արգելափակում է բարձր հաճախականությունները: Այն հաճախականությունը, որի դեպքում ազդանշանը սկսում է թուլանալ, հատման հաճախականությունն է:
- Բարձր հաճախականության զտիչ: ցածր հաճախականությունները անցկացնող զտիչի հակադիրն է՝ այն թույլ է տալիս բարձր հաճախականություններին անցնել և արգելափակում է ցածր հաճախականությունները:
- Գոտիանցիչ ֆիլտր: թույլ է տալիս հաճախականությունների կոնկրետ թերթիկին կամ տիրույթին անցնել՝ միաժամանակ արգելափակելով և՛ ավելի ցածր, և՛ ավելի բարձր հաճախականությունները: Իրականում, դա բարձր և ցածր հաճախականությունները անցկացնող զտիչների համատեղ աշխատանքն է:
- Թերթիկը կանգնեցնող (կամ Նոտչ) զտիչ. թերթիկը անցկացնող զտիչի հակադիրն է՝ այն արգելափակում է հաճախականությունների նեղ թերթիկը՝ թույլ տալով մնացած բոլորին անցնել: Նոտչ զտիչը ընտրության գործիքն է մեկ խանգարող տոնը մերժելու համար, օրինակ՝ ցանցի հաճախականության էլեկտրական խանգարումը:
3. Ֆիլտրման հիմնական կիրառությունները
Զտիչները տատանումների վերլուծիչում օգտագործվում են մի քանի կրիտիկական ուղղություններով:
ա) Անտի-ալիասինգ ֆիլտրներ
Սա, հավանաբար, զտման ամենակարևոր կիրառությունն է: Հակա-ալիասինգ զտիչը թեք ցածր հաճախականությունները անցկացնող զտիչ է, որը կիրառվում է անալոգային ազդանշանին մինչև այն թվայնացվելուց առաջ: Այն նախատեսված է հեռացնելու բոլոր հաճախականային բովանդակությունները, որոնք գերազանցում են չափման համար օգտատերի կողմից ընտրված առավելագույն հաճախականությունը (Fmax):
Սա անհրաժեշտ է կանխելու համար ալիասինգ, լուրջ թվային ազդանշանների մշակման սխալ, որի դեպքում բարձր հաճախականությունները “կապտում են” և իրենց ներկայացնում որպես ավելի ցածր, ստեղծելով լրիվ սխալ սպեկտր ինչպես այլապես լավ տվյալներից: Քանի որ ալիասինգը անհնար է վերացնել տվյալների նմուշառումից հետո՝ կեղծ գագաթները անտարբերելի են իրականներից, հակա-ալիասինգ զտիչը պետք է աշխատի անալոգային տիրույթում՝ փոխարկիչից առաջ: Այն միակ բաղադրիչն է, որն ապահովում է բոլոր թվային տատանումների տվյալների ամբողջականությունը:
բ) Ինտեգրում և դիֆերենցում
Տատանումները չափվում են որպես արագացում, արագություն կամ տեղաշարժ: Թեև ակսելերոմետր ամենատարածված զոնդն է, վերլուծաբանը հաճախ ցանկանում է տվյալները դիտարկել արագության տեսանկյունից, ինչը սովորաբար պահանջում է, որ վերլուծիչը ինտեգրի արագացման ազդանշանը: Ինտեգրումը խիստ ուժեղացնում է շատ ցածր հաճախականության աղմուկը՝ ծանոթ “սկի լանջ”, որը կտրուկ բարձրանում է դեպի զրո Hz: Բարձր հաճախականությունները անցկացնող զտիչը հեռացնում է այդ աղմուկը ինտեգրումից առաջ՝ ստեղծելու մաքուր, օգտագործելի արագության կամ տեղաշարժի սպեկտր: Հակադարձ գործողությունը՝ դիֆերենցումը, ունի հակառակ միտում և ուժեղացնում է բարձր հաճախականության աղմուկը:
գ) Պարուրիչի վերլուծություն (Դեմոդուլյացիա)
Պարուրիչի վերլուծություն, առանցքակալի թերությունները հայտնաբերելու հիմնական տեխնիկան, առանցքակալի թերություններ, մեծապես կախված է ֆիլտրումից։ Գործընթացը ներառում է.
- Օգտագործելով տիրույթանց ֆիլտր բարձր հաճախականության թերթիկ մեկուսացնելու համար, որտեղ առկա են առանցքակալի ազդեցության ազդանշանները և ցանկացած կառուցվածքային ռեզոնանս, որը դրանք գրգռում են:
- Այս զտված ազդանշանը մշակել դեմոդուլյացիայի միջոցով՝ ազդեցությունների կրկնման հաճախականությունը (“պարուրիչը”) հանելու համար:
- Այս պարուրիչ ազդանշանի սպեկտրը վերլուծել՝ առանցքակալի թերությունների հաճախականությունները նույնականացնելու համար:
Թերթիկը անցկացնող զտիչը կարևոր է այստեղ բարձր էներգիայով, ցածր հաճախականության ազդանշանները հեռացնելու համար՝ օրինակ՝ աշխատանքային արագությամբ անհավասարակշռությունը, որոնք այլապես կխեղդեին փոքրիկ, ցածր էներգիայով առանցքակալի թերությունների ազդանշանները՝ երկար ժամանակ, մինչև դրանք վտանգավոր չափսերի հասնեն:
գ) Դիագնոստիկ ֆիլտրում
Վերլուծաբանները կարող են նաև կիրառել թվային զտիչներ տվյալներին դրանք հավաքվելուց հետո՝ դիագնոստիկան աջակցելու համար: Օրինակ, թերթիկը անցկացնող զտիչը կարող է մեկուսացնել կոնկրետ ատամնանիվների կպման հաճախականություն ավելի պարզ պատկեր ստանալու համար կողմնային շերտեր որոնք բացահայտում են զարգացող ատամնանվեր թերությունը: Դասակարգման հետևողական զտիչը կատարում է նմանատիպ աշխատանք փոփոխական արագությամբ մեքենաներում՝ ամրանալով ընտրված բազմապատիկին աշխատանքային արագության, երբ այն փոխվում է:
4. Զտում տեղում բալանսավորման ժամանակ
Զտումը միայն դիագնոստիկ օգնություն չէ՝ այն հիմնարար է տեղում բալանսավորում : Լիսեռը հավասարակշռելու համար սարքը պետք է հանի տատանումները ճիշտ 1× աշխատանքային արագությամբ և մերժի ամեն ինչ: Կրելի երկու ալիքով վերլուծիչ, ինչպիսին է Balanset-1A օգտագործում է սինխրոն հետևողական զտիչ, որը հղում է կատարում իր տախոմետր, 1× ամպլիտուդը և փուլ մաքուր չափելու համար, նույնիսկ երբ լայն թերթիկի աղմուկը բարձր է: Առանց այդ զտման, փոքր, կրկնվող 1× վեկտորը, որն անհրաժեշտ է ուղղիչ կշիռը հաշվարկելու համար, կկորչեր շրջակա աղմուկում:
5. Վտանգավոր պահեր և լավ պրակտիկա
- Հեռացնել ապացույցները. շատ ագրեսիվ ցածր հաճախականությունները անցկացնող կարգավորումը կարող է հեռացնել բարձր հաճախականության բովանդակությունը, որը պարունակում է առանցքակալի թերությունների ամենավաղ ախտանիշները: Ընտրեք Fmax՝ համապատասխանեցնելով այն թերությանը, որը որոնում եք:
- Փուլային խեղաթյուրում՝ զտիչները տեղաշարժում են ազդանշանի փուլը իրենց հատման մոտ: Երբ փուլը կարևոր է՝ հավասարակշռում, օրբիտա գրաֆիկներ՝ անհրաժեշտ է զտիչ՝ լավ վարքագծով, գծային փուլային արձագանքով:
- Թերթիկի մոռացում. պարուրիչի վերլուծության ժամանակ ընտրել թերթիկը անցկացնող կենտրոն, որը բաց է թողնում առանցքակալի էներգիան կրող ռեզոնանսը, տալիս է հարթ, անօգուտ պարուրիչ սպեկտր:
