ローパスフィルタとは？アンチエイリアシングとスムージング• ポータブルバランサー、振動アナライザー「Balanset」は、破砕機、ファン、粉砕機、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用されます。 ローパスフィルタとは？アンチエイリアシングとスムージング• ポータブルバランサー、振動アナライザー「Balanset」は、破砕機、ファン、粉砕機、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用されます。

ローパスフィルタとは？アンチエイリアシングとスムージング

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ローパスフィルタの理解

定義: ローパス フィルターとは何ですか?

ローパスフィルタ （LPF）は周波数選択信号処理素子であり、 振動 指定されたカットオフ周波数以下の成分を通過させ、カットオフ周波数以上の成分を減衰（低減または遮断）する。 振動解析, ローパス フィルタは、アンチエイリアシング (デジタル システムにおける誤った周波数の防止)、ノイズ低減、集中的な分析のための低周波振動成分の分離など、重要な機能を果たします。.

ローパス フィルタは、おそらく振動計測機器で最も一般的に使用されるフィルタであり、あらゆるデジタル化システムにアンチエイリアシング フィルタとして存在し、データの平滑化、高周波ノイズの除去、低周波現象への焦点化を行う分析ツールとして利用できます。.

フィルタ特性

カットオフ周波数（fc）

  • 意味： フィルタ応答が-3 dB（70.7%振幅）に低下する周波数
  • fc（通過帯域）以下： 周波数は最小限の減衰で通過する
  • fc以上（ストップバンド）: 周波数は徐々に減衰する
  • トランジションバンド: 減衰が増加するfc付近の領域

フィルタの順序とロールオフ

  • 1次注文: 6 dB/オクターブ（20 dB/デケード） – 段階的なロールオフ
  • 2番目の注文: 12 dB/オクターブ（40 dB/デケード） – 中程度
  • 第4注文: 24 dB/オクターブ（80 dB/デケード） – 急峻
  • 第8の命令: 48 dB/オクターブ（160 dB/デケード） – 非常に急峻
  • 高次の秩序: よりシャープな遷移、より優れた阻止帯域除去

フィルター応答タイプ

  • バターワース： 最大限に平坦な通過帯域、リップルなし
  • チェビシェフ： よりシャープなカットオフにより、通過帯域のリップルを許容
  • ベッセル： 直線位相（波形歪みが最小限）
  • 楕円形: 最も急激な遷移、両バンドのリップル

主な用途

1. アンチエイリアシング（最も重要）

デジタルシステムにおける誤った周波数を防止します。

  • 目的： ナイキスト周波数を超える周波数をブロックする（サンプルレートの半分）
  • 要件： アナログからデジタルへの変換前
  • 一般的なカットオフ: 0.4～0.8 × (サンプルレート / 2)
  • 傾斜度: エイリアシング除去を良好にするには、通常 8 次以上が必要です。
  • 致命的： 不適切なアンチエイリアシングにより、誤ったスペクトルピークが生成される

2. ノイズ低減

  • 高周波の電気ノイズを除去する
  • センサーケーブルのノイズを除去する
  • トレンドを把握するためのスムーズなデータ
  • 低周波成分の信号対雑音比を改善する

3. 周波数範囲の制限

  • 関心のある周波数範囲に焦点を当てた分析
  • 例: 低速機械の0～100 Hz解析
  • 無関係な高頻度コンテンツを削除します
  • データ処理とストレージ要件を削減

4. 統合準備

  • 加速度を速度に積分する前に
  • 非常に高い周波数（増幅されるノイズ）を除去する
  • 標準的なカットオフ: アプリケーションに応じて 1000～5000 Hz
  • 統合時のノイズ増幅を防止

カットオフ周波数の選択

アンチエイリアシングアプリケーション

  • ルール： fc = 0.4 × サンプルレート（保守的）から 0.8 × サンプルレート（積極的）
  • 例： 10 kHz サンプルレート → fc = 4000 Hz
  • 基準： ナイキスト周波数における阻止帯域減衰 > 60 dB

分析アプリケーション

  • fcを関心のある最高周波数のすぐ上に設定する
  • 低周波解析（0～200 Hz）の場合：fc = 200～300 Hz
  • アンバランスのみ（1×）の場合：fc = 走行速度の5～10倍
  • フィルタ遷移帯域に余裕を持たせる

ノイズ・リダクション

  • スペクトルからノイズ周波数範囲を特定する
  • fcを設定して信号周波数を通過させ、ノイズ周波数を拒否する
  • ノイズ除去と信号保存のバランス

測定への影響

振幅領域

  • 通過帯域: 最小振幅変化（< 0.5 dB（通常）
  • ストップバンド: 強い減衰（40～80 dB以上）
  • 全体的なレベル: 高周波が存在する場合、全体的な振動を低減します

時間領域

  • 波形を平滑化（高周波の変動を除去）
  • 鋭いエッジやスパイクを丸くする
  • 過渡応答（フィルタリンギング）は波形の形状に影響を与える可能性がある
  • 位相歪みは波形の解釈に影響を与える可能性がある

周波数領域

  • スペクトルはカットオフより上の振幅の減少を示している
  • 高周波ピークが減少または除去される
  • ノイズが高周波の場合、ノイズフロアは低下する

よくある問題と解決策

不十分なアンチエイリアシング

  • 症状： 偽の低周波ピーク スペクトラム
  • 原因： ナイキスト周波数以下の高周波数の折り返し
  • 解決策 より急峻なフィルタを使用し、サンプルレートを上げ、フィルタの機能を確認する

カットオフが低すぎる

  • 症状： 有効な高周波信号が減衰される
  • 例： 過度に積極的なLPFによってベアリング周波数が低減される
  • 解決策 カットオフ周波数を上げ、フィルターの傾斜を緩やかにする

フィルターアーティファクト

  • 鳴り響く音: 鋭いフィルタカットオフによる時間領域での振動
  • 位相歪み: 位相シフトによる波形の変化
  • 解決策 重要な波形アプリケーションにはベッセルフィルタを使用する

補完フィルター

ローパスとハイパス

  • ローパス: 低周波を通過させ、高周波を遮断する
  • ハイパス: 高周波を通過させ、低周波を遮断する
  • 補足： バンドパスフィルタリングに併用

バンドパスフィルタ

  • 組み合わせ: HPF + LPF
  • 指定された帯域の周波数のみを通過させる
  • バンドの下と上の両方を拒否
  • 必須 エンベロープ分析

ローパスフィルタは振動計測システムの基本コンポーネントであり、アンチエイリアシング保護からノイズ低減、周波数範囲の選択まで、重要な機能を果たします。ローパスフィルタの動作、適切なカットオフ周波数の選択、そして測定信号への影響を理解することは、正確な振動解析とデジタルデータ収集システムにおける測定アーティファクトの回避に不可欠です。.

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