Memahami Filter Band-Pass
Definisi: Apa itu Filter Band-Pass?
Filter lolos pita (BPF) adalah elemen pemrosesan sinyal selektif frekuensi yang memungkinkan getaran Komponen-komponen dalam pita frekuensi tertentu harus melewatinya sekaligus meredam komponen-komponen di bawah dan di atas pita tersebut. Filter ini menggabungkan karakteristik filter lolos tinggi (memblokir frekuensi rendah) dan filter lolos rendah (memblokir frekuensi tinggi) untuk menciptakan "jendela" yang hanya melewati rentang frekuensi tengah tertentu. Filter lolos pita ditentukan oleh frekuensi pusat, lebar pita, dan urutan/kecuraman filter.
Dalam analisis getaran, filter band-pass sangat penting untuk analisis amplop (mengisolasi frekuensi benturan bantalan), diagnostik terfokus (memeriksa rentang frekuensi tertentu), dan menghilangkan getaran yang tidak diinginkan di luar pita frekuensi yang diinginkan untuk meningkatkan rasio sinyal terhadap derau dan kejelasan pengukuran.
Parameter Filter
Frekuensi Pusat (f0)
- Tengah passband
- Frekuensi respons filter maksimum
- Dipilih berdasarkan frekuensi konten yang diminati
- Biasanya dipilih untuk mencocokkan frekuensi resonansi atau kesalahan
Lebar Pita (BW)
- Definisi: Rentang frekuensi antara titik -3 dB (f_tinggi – f_rendah)
- Pita Sempit: BW < 10% frekuensi tengah (sangat selektif)
- Pita Lebar: BW > 50% frekuensi tengah (kurang selektif)
- Faktor Q: Q = f0 / BW (Q lebih tinggi = lebih sempit, lebih selektif)
Karakteristik Filter
- Batas Bawah (f_low): Frekuensi dimana kemiringan bawah mencapai -3 dB
- Batas Atas (f_high): Frekuensi dimana kemiringan atas mencapai -3 dB
- Faktor Bentuk: Rasio lebar stopband terhadap passband (ukuran selektivitas)
Aplikasi dalam Analisis Getaran
1. Analisis Amplop (Aplikasi Utama)
Langkah pertama yang penting dalam mendeteksi cacat bantalan:
- Pemilihan Band: 500 Hz – 10 kHz atau 1 kHz – 20 kHz tipikal
- Tujuan: Mengisolasi resonansi bantalan frekuensi tinggi yang ditimbulkan oleh benturan
- Proses: BPF → deteksi amplop → FFT dari amplop
- Hasil: Ditingkatkan frekuensi kesalahan bantalan terlihat jelas
2. Analisis Pita Resonansi
- Filter di sekitar frekuensi resonansi struktural atau bantalan
- Mengisolasi energi pada resonansi dari frekuensi lain
- Menilai eksitasi dan respons pada mode tertentu
- Berguna untuk pemecahan masalah resonansi
3. Isolasi Rentang Frekuensi
- Fokus pada rentang frekuensi diagnostik tertentu
- Contoh: 10-100 Hz untuk analisis frekuensi rendah
- Menghilangkan penyimpangan frekuensi rendah dan kebisingan frekuensi tinggi
- Meningkatkan kejelasan untuk frekuensi yang diminati
4. Isolasi Mesh Roda Gigi
- BPF berpusat pada frekuensi mesh roda gigi
- Melewati frekuensi mesh dan sideband
- Memblokir tahap roda gigi dan frekuensi bantalan lainnya
- Memungkinkan analisis roda gigi yang terfokus
Desain Filter Lolos Pita
Low-Pass dan High-Pass Bertingkat
Implementasi yang paling umum:
- Filter lolos tinggi memblokir frekuensi di bawah f_low
- Filter lolos rendah memblokir frekuensi di atas f_tinggi
- Kombinasi seri menciptakan band-pass
- Setiap filter berkontribusi pada selektivitas total
Desain Band-Pass Langsung
- Dioptimalkan sebagai filter tunggal daripada filter bertingkat
- Lebih kompleks tetapi dapat mencapai karakteristik yang lebih baik
- Digunakan dalam aplikasi khusus
Pertimbangan Praktis
Pertukaran Pemilihan Bandwidth
Bandwidth Sempit
- Keuntungan: Selektivitas yang lebih baik, penolakan frekuensi yang berdekatan lebih kuat
- Kekurangan: Mungkin kehilangan variasi frekuensi, memerlukan penyetelan yang tepat
- Menggunakan: Ketika frekuensi pasti diketahui dan stabil
Bandwidth Lebar
- Keuntungan: Menangkap variasi frekuensi, penyetelan yang kurang kritis
- Kekurangan: Lebih sedikit penolakan terhadap frekuensi yang tidak diinginkan di sekitar
- Menggunakan: Ketika frekuensi bervariasi atau rentang frekuensi diperlukan
Untuk Analisis Amplop
- Band-band Khas: 500-2000Hz, 1000-5000Hz, 5000-20000Hz
- Pilihan: Pilih pita dengan eksitasi resonansi bantalan yang baik
- Memeriksa: Periksa spektrum percepatan mentah untuk mengidentifikasi resonansi
- Optimalkan: Sesuaikan untuk memaksimalkan sinyal cacat bantalan
Efek Filter pada Sinyal
Efek Bentuk Gelombang Waktu
- Bentuk gelombang yang difilter hanya menunjukkan frekuensi dalam passband
- Muncul sebagai pembawa termodulasi (jika pita sempit)
- Menghilangkan variasi frekuensi rendah dan noise frekuensi tinggi
- Dapat menyederhanakan interpretasi bentuk gelombang
Efek Spektrum
- Amplitudo pita pass dipertahankan
- Amplitudo stopband berkurang (umumnya 40-80 dB)
- Spektrum yang lebih bersih dengan fokus pada pita yang diminati
- Tingkat kebisingan diturunkan jika kebisingan berada di luar batas pita suara
Filter Band-Pass Digital vs. Analog
Filter Analog
- Implementasi perangkat keras di jalur sinyal
- Operasi waktu nyata
- Karakteristik tetap setelah dirancang
- Digunakan dalam anti-aliasing dan pengkondisian sinyal
Filter Digital
- Pemrosesan perangkat lunak setelah digitalisasi
- Parameter yang dapat disesuaikan
- Dapat diaplikasikan/dilepas pasca pengambilan
- Analisa modern menawarkan opsi BPF digital yang luas
Aplikasi Umum berdasarkan Rentang Frekuensi
Band-Pass Frekuensi Rendah (10-200 Hz)
- Analisis ketidakseimbangan dan ketidakselarasan
- Pemantauan mesin kecepatan rendah
- Getaran pondasi dan struktural
Band-Pass Frekuensi Menengah (200-2000 Hz)
- Frekuensi mesh roda gigi
- Frekuensi lewatnya bilah/baling-baling
- Frekuensi kesalahan bantalan yang lebih rendah
Band-Pass Frekuensi Tinggi (2-40 kHz)
- Analisis selubung cacat bantalan
- Dampak frekuensi tinggi
- Frekuensi ultrasonik
- Eksitasi resonansi bantalan
Filter lolos pita adalah alat pemrosesan sinyal serbaguna yang memungkinkan analisis terfokus pada rentang frekuensi tertentu sekaligus menolak komponen frekuensi rendah dan tinggi yang tidak diinginkan. Menguasai pemilihan dan penerapan filter lolos pita—terutama untuk analisis selubung dan isolasi rentang frekuensi—sangat penting untuk diagnostik getaran tingkat lanjut dan ekstraksi informasi diagnostik yang efektif dari tanda-tanda getaran kompleks.