Ներքնանցիչ ֆիլտրերի հասկացումը
A ցածր հաճախությունների ֆիլտր (LPF) հաճախականորեն ընտրող ազդանշանի մշակման տարր է, որը թույլ է տալիս տատանում տրված կտրման հաճախությունից ցածր բաղադրիչներին անցնել՝ միաժամանակ ճնշելով դրանից բարձր բաղադրիչները։ Վիբրացիոն չափումներում տատանումների վերլուծություն նրա գործառույթներն են՝ հակա-ալիասինգ (կեղծ հաճախությունների հայտնվելը թվային տվյալներում կանխելը), աղմուկի նվազեցում և ցածր հաճախությունների տիրույթի մեկուսացում՝ ուշադիր ուսումնասիրության համար։ Այն բարձր հաճախությունների ֆիլտր այլ ցանկացած զուգաձայնիչների զտում սխեմայի հիմնական շինանյութերն են։
Ցածր հաճախությունների ֆիլտրերը, ամենայն հավանականությամբ, ամենատարածված ֆիլտրերն են վիբրացիոն սարքավորումներում։ Յուրաքանչյուր թվայնացնող համակարգում մեկը տեղադրվում է փոխարկիչի առջև՝ որպես պարտադիր հակա-ալիասինգ ֆիլտր, իսկ նույն գործառույթը առաջարկվում է որպես վերլուծության գործիք՝ տվյալները հարթեցնելու, բարձր հաճախությունների աղմուկը հեռացնելու և ցածր հաճախությունների երևույթների վրա կենտրոնանալու համար։ Հետևաբար, հասկանալը, թե ինչպես են դրանք ձևավորում ազդանշանը, կարևոր է ցանկացած սպեկտր որը կարդում եք։
1. Զտիչի բնութագրեր
Կտրման հաճախություն (fc)
- Սահմանում. հաճախություն, որի դեպքում ֆիլտրի արձագանքը նվազում է մինչև −3 dB, այսինքն՝ անցման թերթիկի ամպլիտուդի 70.7%-ը։
- f-ից ցածրc (անցման թերթիկ)՝ հաճախություններն անցնում են նվազագույն ճնշմամբ։
- f-ից բարձրc (կանգնեցման թերթիկ)՝ հաճախությունները աստիճանաբար ճնշվում են։
- Անցման թերթիկ՝ f-ի շուրջ տիրույթըc որտեղ ճնշումը հաստատուն աճում է։
Ֆիլտրի կարգը և թեքությունը
Ֆիլտրի կարգը որոշում է, թե որքան կտրուկ է այն անցնում անցման թերթիկից դեպի կանգնեցման թերթիկ՝
- 1-ին կարգ՝ 6 dB/օկտավա (20 dB/տասնյակ)՝ աստիճանական իջեցում։
- 2-րդ կարգ՝ 12 dB/օկտավա (40 dB/տասնյակ)՝ միջին։
- 4-րդ կարգ՝ 24 dB/օկտավա (80 dB/տասնյակ)՝ թեք։
- 8-րդ կարգ՝ 48 dB/օկտավա (160 dB/տասնյակ)՝ շատ թեք։
- Ավելի բարձր կարգ՝ ավելի կտրուկ անցում և ավելի լավ կանգնեցման թերթիկի ճնշում՝ ավելի մեծ փուլային շեղման և ավելի երկար անցումային արձագանքի արժեքով։
Ֆիլտրի արձագանքի տեսակները
Նույն կտրման և կարգի պարամետրերը կարող են իրականացվել տարբեր մաթեմատիկական ձևերով, որոնցից յուրաքանչյուրը հավասարակշռում է հարթությունը, կտրուկությունը և փուլային վարքագիծը՝
- Բատերվորթի. առավելագույն հարթ անցման թերթիկ առանց ռիփլի։
- Չեբիշևի. ավելի կտրուկ կտրում՝ ընդունելով ռիփլ անցման թերթիկում։
- Բեսսելի. գծային փուլ, ինչը նշանակում է նվազագույն ազդանշանի ձևի խեղաթյուրում՝ ճիշտ ընտրություն, երբ ժամանակի ալիքաձև կարևոր է։
- Էլիպտիկ. ամենակտրուկ հնարավոր անցում՝ ռիփլով և՛ անցման, և՛ կանգնեցման թերթիկներում։
2. Հիմնական կիրառություններ
Հակա-ալիասինգ (ամենակարևորը)
Սա այն գործառույթն է, որը ոչ մի թվայնացնող սարք չի կարող բաց թողնել։ Առանց դրա՝ Նայքվիստի սահմանից բարձր հաճախությունները շրջվում են և հայտնվում որպես կեղծ գագաթներ՝ ալիասինգ.
- Նպատակ: կանգնեցնում է Նայքվիստի հաճախությունից (նմուշառման հաճախության կեսից) բարձր հաճախությունները։
- Պահանջ: նա պետք է գործի մինչև անալոգ-թվային փոխարկումից առաջ՝ ծրագրային ապահովումը չի կարող հեռացնել ալիասը փաստից հետո։
- Սովորական կտրում՝ 0.4–0.8 × (նմուշառման հաճախություն / 2)։
- Թեքությունը՝ սովորաբար 8-րդ կարգ կամ ավելի բարձր՝ լավ ալիասինգի ճնշման համար։
- Անտեսման հետևանք՝ անբավարար հակա-ալիասինգը ստեղծում է կեղծ սպեկտրալ գագաթներ, որոնք նմանվում են իրական թերություններին։
Շեղումների նվազեցում
- Հեռացնում է բարձր հաճախությունների էլեկտրական աղմուկը։
- Հեռացնում է զոնդի-կաբելի աղմուկը։
- Մակերեսավորում է տվյալները տրենդային.
- Հեռացնում է չափիչ զոնդի և կաբելի աղմուկը։
Հաճախականության միջակայքի սահմանափակում
- Վերլուծությունը կենտրոնացնում է հետաքրքրող հաճախականության միջակայքի վրա։
- Օրինակ՝ 0–100 Հց վերլուծում ցածր պտտաթվով սարքավորումների համար։
- Հեռացնում է անհարմարավետ բարձր հաճախականությամբ բովանդակությունը։
- Նվազեցնում է տվյալների մշակման և պահպանման պահանջները։
Ինտեգրման նախապատրաստում
- Կիրառվում է ինտեգրումը արագացում մինչև արագությունը.
- Հեռացնում է շատ բարձր հաճախականությունները՝ աղմուկ, որը ինտեգրումը հակառակ դեպքում կարող է ուժեղացնել։
- Սովորական կտրման հաճախականություն՝ 1000–5000 Հց՝ կախված կիրառումից։
- Կանխում է աղմուկի ուժեղացումը, որը բնորոշ է անկառավարվող ինտեգրմանը։
3. Կտրման հաճախականության ընտրություն
Հակա-ալիասինգ կիրառություններ
- Կանոն՝ fc = 0.4 × նմուշառման հաճախականություն (պահպանողական) մինչև 0.8 × նմուշառման հաճախականություն (ագրեսիվ)։
- Օրինակ: 10 կՀց նմուշառման հաճախականությունը տալիս է fc = 4000 Հց։
- Չափանիշ՝ կանգնեցման շերտի ճնշում 60 դԲ-ից մեծ՝ Նայկվիստի հաճախականության վրա։
Վերլուծական կիրառություններ
- Կարգավորել fc հետաքրքրող ամենաբարձր հաճախականությունից փոքր-ինչ վեր։
- Ցածր հաճախականությամբ վերլուծման համար (0–200 Հց)՝ fc = 200–300 Հց։
- Համար անհավասարակշռություն միայն (1× բաղադրիչ)՝ fc = 5–10× աշխատանքային արագություն.
- Միշտ թողեք եզրագոտու անցման շերտի համար։
Շեղումների նվազեցում
- Սպեկտրից որոշեք աղմուկի հաճախականության միջակայքը։
- Կարգավորել fc հաճախականություններն անցկացնելու և աղմուկի հաճախականությունները մերժելու համար։
- Հավասարակշռեք աղմուկի հեռացումը ազդանշանի պահպանման հետ։
4. Ազդեցությունը չափումների վրա
Ամպլիտուդային տիրույթ
- Անցման թերթիկ՝ ամպլիտուդի նվազագույն փոփոխություն, սովորաբար 0.5 դԲ-ից պակաս։
- Կանգնեցման թերթիկ՝ ուժեղ ճնշում, 40–80 դԲ կամ ավելի։
- Ընդհանուր մակարդակ՝ տարամետրը նվազեցնում է ընդհանուր տատանումների ընթերցանությունը, եթե ներկայումս կա նշանակալի բարձր հաճախականությամբ բովանդակություն։
Ժամանակային տիրույթ
- Ազդանշանի ձևը մակերեսավորվում է, քանի որ բարձր հաճախականությամբ տատանումները հեռացվում են։
- Ուրույն եզրերը և փայլատակումները կլորացվում են։
- Անցումային արձագանքը (տարամետրի օղակումը) կարող է ազդել ազդանշանի ձևի վրա։
- Փուլային խեղաթյուրումը կարող է փոխել ազդանշանի մեկնաբանման եղանակը։
Հաճախականության տիրույթ
- Սպեկտրը ցույց է տալիս կտրման հաճախականությունից վեր նվազած ամպլիտուդներ։
- Բարձր հաճախականությամբ գագաթները նվազում կամ վերանում են։
- Աղմուկի հատակը իջնում է, եթե աղմուկը բարձր հաճախականությամբ էր։
5. Սովորական խնդիրներ և լուծումներ
Անբավարար հակա-ալիասինգ
- Ախտանիշ: սխալ ցածր հաճախականությամբ գագաթներ սպեկտրում։
- Պատճառ: բարձր հաճախականությունների հետադարձ ծալում Նայկվիստից ցածր։
- Լուծում՝ օգտագործեք ավելի թեք տարամետր, մեծացրեք նմուշառման հաճախականությունը և հաստատեք, որ տարամետրը իսկապես աշխատում է։
Կտրման հաճախականությունը չափազանց ցածր է
- Ախտանիշ: վավեր բարձր հաճախականությամբ ազդանշանները ճնշվում են։
- Օրինակ: առանցքակալի թերությունների հաճախություններ նվազեցված չափազանց ագրեսիվ ՑՏՏ-ի կողմից։
- Լուծում՝ մեծացրեք կտրման հաճախականությունը կամ օգտագործեք ավելի մեղմ տարամետրի թեքություն։
Ֆիլտրի արտեֆակտներ
- Ձայնային արձագանք՝ ժամանակային տիրույթում տատանումներ՝ առաջացած սուր տարամետրի կտրման հաճախականությունից։
- Փուլային խեղաթյուրում՝ ազդանշանի ձևի փոփոխություններ՝ առաջացած փուլային շեղումներից։
- Լուծում՝ օգտագործեք Բեսսելի տարամետր կրիտիկական ազդանշանի կիրառումների համար, որտեղ փուլային գծայնությունը կարևոր է։
6. Լրացուցիչ տարամետրեր
Ներքնանցիչ vs. Բարձրանցիչ
- Ցածրահաճախային. անցկացնում է ցածր հաճախությունները, արգելափակում՝ բարձրերը։
- Բարձրահաճախային. անցկացնում է բարձր հաճախությունները, արգելափակում՝ ցածրերը։
- Լրացուցիչ՝ օգտագործվում են միասին՝ թիրախային ֆիլտր կազմելու համար։
Գոտիանցիչ ֆիլտր
- Բարձրահաճախային և ցածրահաճախային փուլերի համադրություն։
- Արդյունքում ստացված տիրույթանց ֆիլտր անցկացնում է միայն նշված թիրախում գտնվող հաճախությունները։
- Այն մերժում է բովանդակությունը և՛ այդ թիրախից ցածր, և՛ բարձր։
- Սա պարուրիչի վերլուծություն-ի առջևի մասն է, որտեղ առանցքակալի կառուցվածքային ռեզոնանսի շուրջ թիրախը մեկուսացվում է դեմոդուլյացիայից առաջ։
7. Որտեղ է տեղավորվում ցածրահաճախային ֆիլտրը դաշտում
Թվային դաշտային գործիքի վրա ցածրահաճախային ֆիլտրը գրեթե անտեսանելի է — այն լուռ կատարում է իր հակաալիասինգային աշխատանքը ձեռքբերման շղթայի ներսում — սակայն այն հիմք է հանդիսանում յուրաքանչյուր ընթերցման վստահելիության համար։ Կրելի երկու ալիքով վերլուծիչ, օրինակ Balanset-1A ալիքը սահմանափակում է ակսելերոմետր ալիքը նմուշառումից առաջ, ուստի FFT հաճախությունների սպեկտրը, որը այն հաշվարկում է բալանսավորման և դիագնոստիկայի համար, ազատ է ալիասինգային գագաթներից իր աշխատանքային միջակայքում։ Թափանցիկ սպեկտրով վերլուծիչը կարող է առանձնացնել 1× ամպլիտուդ և փուլ հաճախությունը, որն անհրաժեշտ է ռոտորը բալանսավորելու և իրական մնացորդային անհավասարակշռություն հաղորդելու համար, այլ ոչ թե հետապնդելու վատ ֆիլտրման պատճառով ստեղծված ֆանտոմային հաճախությունը։
Ցածրահաճախային ֆիլտրերը տատանումների չափման համակարգերի հիմնական բաղադրիչներն են, կատարելով էական ֆունկցիաներ՝ հակաալիասինգային պաշտպանությունից մինչև աղմուկի նվազեցում և հաճախային միջակայքի ընտրություն։ Իրենց գործողությունը հասկանալը, կտրման հաճախությունը ճիշտ ընտրելը և գնահատելը չափվող ազդանշանի վրա ունեցած իրենց ազդեցությունը կարևոր են ճշգրիտ վերլուծության և թվային տվյալների ձեռքբերման ժամանակ չափման արտեֆակտներից խուսափելու համար։
