ハイパスフィルタの理解
A ハイパスフィルター (HPF)は、周波数選択的な信号処理素子で、次のようなことが可能です。 振動 特定のカットオフ周波数以上の成分は通過させ、カットオフ周波数以下の成分は減衰させる。カットオフ周波数 振動解析, からの）低周波振動を除去する。 アンバランス そして ずれ)に集中することができる。 ベアリングの欠陥, ギアメッシュ、および電気的な発生源）を除去し、DC オフセットと低周波ドリフトも取り除きます。これは ローパスフィルター.
ハイパスフィルターは エンベロープ分析 and general 信号フィルタリング の鏡像です（対照的にアンチエイリアシングは、デジタル化前に適用されるローパス機能です）。これにより、不要な低周波成分を除去しつつ、選択した周波数帯域から診断情報を抽出できます。そうした低周波成分は、さもなければ対象信号を覆い隠したり圧倒したりします。
1.フィルター特性
カットオフ周波数、スロープ、そして基本的な設計タイプだ。
- カットオフ周波数 (fc): フィルター応答が-3dB（通過帯域振幅の70.7%）まで低下する周波数。f以下c 以上の周波数は徐々に減衰する。c を最小限の損失で通過させます。カットオフは、用途と関心のある周波数コンテンツに応じて選択される。
- フィルター・スロープ（ロールオフ率）： カットオフ以下の減衰率で、dB/オクターブまたはdB/ディケイドで表される。A 1次 フィルターは6 dB/オクターブ（20 dB/ディケイド）でロールオフします。 2次 12dB/オクターブ（40dB/decade）-中程度。 4次 24dB/オクターブ（80dB/decade）—急峻。高次は、よりシャープな遷移とより良い除去を与えるが、実装がより複雑になる。
フィルター タイプ は、シャープネスと忠実度のトレードオフを決定する：
- バターワース： 最大限にフラットな通過帯域応答。
- チェビシェフ： カットオフはよりシャープになるが、通過帯域にリップルが生じる。
- ベッセル： 最高の時間領域での挙動を最小化する。 位相 ディストーション。
- 楕円形: 最もシャープなトランジションだが、パスバンドとストップバンドの両方にリップルがある。
2. 振動解析への応用
ベアリングの欠陥検出
これは最も一般的なアプリケーションです。通常500～2000Hzのカットオフにより、低周波のアンバランス振動とミスアライメント振動が除去され、ベアリングの損傷により発生する高周波の衝撃信号が残されます。これは、エンベロープ解析処理の最初の段階であり、その後、これらの衝撃を復調して、軸受の損傷を明らかにします。 軸受欠陥周波数.
速度または変位への積分
いつ 統合 加速度 に 速度 または 変位、HPFを2～10Hzに設定すると、DCオフセットと、積分しないと大きなドリフト誤差になる超低周波が除去される。このステップは、正確な低周波積分に不可欠である。
センサー取付け共振 - 帯域制限の課題
序論 加速度計 取付け共振 - 磁気取付けでは通常 3～10 kHz - は測定値を歪めることがあります。このアーチファクトは高周波に位置するため、ハイパスフィルターでは除去できません。ローパス（帯域制限）フィルターで上限周波数帯域を制限するか、解析帯域を共振以下に保つことで抑制します。包絡線解析では、この共振帯域を復調キャリア帯域として意図的に利用する場合もあります。音響 センサー取り付け フィルタリングを補完する。
DCオフセット除去
カットオフが非常に低い（0.5-2 Hz）ハイパス・フィルターは、信号のDC成分を取り除く。これは、適切な信号処理を行うために必要なもので、次のようなことを防ぎます。 FFT エラーと統合ドリフト。
3.実践的な実施
アナログ・フィルターとデジタル・フィルター
アナログ・ハイパス・フィルター は、信号調整チェーン内のハードウェア回路です。これらはセンサー信号調整の一部としてリアルタイムで動作し（それに付随するアンチエイリアシング段はローパスフィルターです）、設計後は特性が固定されています。 デジタル・ハイパス・フィルター カットオフと次数は調整可能で、データ収集後に適用したり削除したりできる。最新の分析装置には複数のデジタルフィルターオプションがあり、同じ記録を複数の方法で調べることができる。
カットオフ周波数の選択
のために ベアリング分析, とする。c ロータ関連成分より十分高い領域 — 通常は 500–1000 Hz のカットオフ。これにより 1×、2× およびその他の低周波機械成分を除去し、軸受衝撃で励起された高周波の構造共振領域を通過させます。なお、軸受故障の繰返し周波数自体（通常 50–500 Hz）はこのようなカットオフより低い位置にあります：それらはフィルタを直接通過するのではなく、高周波信号を復調することで後からエンベロープスペクトルに復元されます。対象は 統合, とする。c 最も関心のある周波数の2～5倍に設定する。低すぎるとドリフトが発生し、高すぎると有効な低周波成分が減衰する。一般的な積分では2～10 Hzが典型的である。
4.測定への影響
ハイパスフィルターは、分析者が留意しなければならない3つの方法で信号を変化させる：
- 振幅効果： カットオフより下の周波数は減少し、非常に低い周波数は実質的に除去され、カットオフよりかなり上の周波数は影響を受けずに残される。移行領域は、ハードエッジではなく、緩やかな減少を示す。
- 位相効果： すべてのフィルターは周波数に依存する 位相 このシフトは時間領域波形の形状を変化させることがある。ベッセル・フィルターはこの位相歪みを最小化し、波形のタイミングを解釈する際に重要である。
- 波形エフェクト： このフィルターは、低周波のベースライン変動を除去し、波形をゼロ付近で中心化する 時間波形 ことができ、それによって見かけの特性が変化することがある。したがって、波形を解釈する際には、どのようなフィルタリングが適用されたかを知ることが重要である。
5.ハイパスフィルターと他のフィルターの組み合わせ
ハイパス・フィルターが単独で機能することはほとんどない。ハイパスとローパスを組み合わせると、バンドパスフィルターが得られる： バンドパスフィルタHPFは低域をブロックし、LPFは高域をブロックし、その組み合わせは中間帯域のみを通過させる — 特定の周波数範囲を分離するために必要な選択性そのものである。完全な 多段階処理 デジタル化する前にアンチエイリアス（ローパス）をかけ、ハイパスで直流を除去し、バンドパスでエンベロープ解析のために信号を調整する。この連続的なフィルタリングは、単純な段階から複雑な信号調整を構築する。単一の狭い成分を除去する必要がある場合、代わりに ノッチフィルタ はそれを補完するツールである。
6.フィールド測定におけるハイパスフィルタリング
日々の現場作業では、適切なハイパス設定を行うことで、支配的なローターの振動の下にかすかなベアリングの欠陥が見えるようになります。ポータブル2チャンネルアナライザー バランセット-1A バランシングと診断の両方に必要な広帯域信号を測定し、エンベロープ解析の前にハイパス・ステージを適用することで、エンジニアが早期に信号を分離することができます。 ベアリングの欠陥 同じ機械の大きな1×アンバランス応答から。カットオフ周波数、フィルターの次数、振幅と位相への影響など、ハイパスの特性を理解することは、音響ベアリングの分析、信頼性の高い信号の統合、周波数選択的な測定を必要とするあらゆる作業に不可欠です。.
