고역 통과 필터 이해
정의: 고역통과필터란 무엇인가?
고역통과필터 (HPF)는 주파수 선택 신호 처리 요소로서 다음을 허용합니다. 진동 지정된 차단 주파수 이상의 성분은 통과시키고 차단 주파수 이하의 성분은 감쇠(감소)시킵니다. 진동 분석, 고역 통과 필터는 저주파 진동을 제거하는 데 사용됩니다. 불균형, 정렬 불량) 및 고빈도 콘텐츠에 집중합니다. 베어링 결함, 기어 메시, 전기 주파수) 또는 센서 장착 공진 효과와 DC 오프셋을 제거합니다.
고역 통과 필터는 기본 구성 요소입니다. 봉투 분석, 앤티앨리어싱 시스템 및 신호 컨디셔닝을 통해 특정 주파수 범위에서 진단 정보를 추출하는 동시에 관심 신호를 가리거나 압도할 수 있는 원치 않는 저주파 구성 요소를 거부합니다.
필터 특성
차단 주파수(fc)
- 정의: 필터 응답이 -3dB(통과대역 진폭의 70.7%)로 떨어지는 주파수
- 아래 fc: 주파수가 점차 감쇠됨
- 위 fc: 주파수는 최소한의 감쇠로 통과합니다.
- 선택: 관심 있는 콘텐츠의 응용 프로그램 및 빈도에 따라 fc를 선택하세요.
필터 기울기(롤오프율)
- 차단 주파수 이하의 감쇠율
- 옥타브당 dB 또는 10년당 dB로 표현됨
- 1차 주문: 6dB/옥타브(20dB/디케이드) – 완만한 경사
- 2차 주문: 12dB/옥타브(40dB/10년) – 중간 기울기
- 4차: 24dB/옥타브(80dB/10년) – 가파른 경사
- 상위 순서: 더 날카로운 전환, 더 나은 거부, 하지만 더 복잡함
필터 유형
- 버터워스: 최대 평탄 통과대역 응답
- 체비셰프: 더 날카로운 차단이지만 통과대역에 리플이 있음
- 베셀: 최상의 시간 영역 특성(최소 위상 왜곡)
- 타원형: 가장 급격한 전환이지만 통과대역과 정지대역 모두에서 리플이 발생합니다.
진동 분석의 응용
1. 베어링 결함 감지
가장 일반적인 응용 프로그램:
- 절단: 일반적으로 500-2000Hz
- 목적: 저주파 불균형 및 정렬 불량 진동 제거
- 결과: 고주파 베어링 충격 신호에 초점을 맞추십시오.
- 사용: 봉투 분석 처리의 첫 번째 단계
2. 속도/변위에 대한 적분
- 가속도를 속도 또는 변위에 통합할 때
- 2~10Hz의 HPF는 DC 오프셋과 매우 낮은 주파수를 제거합니다.
- 통합 오류 및 드리프트를 방지합니다.
- 정확한 저주파 통합에 필수
3. 센서 장착 공진 제거
- 가속도계 장착 공진(일반적으로 자기 장착의 경우 3-10kHz)
- HPF는 이 공명 아티팩트를 제거합니다.
- 측정값이 센서 효과가 아닌 기계 진동을 나타내는지 확인합니다.
4. DC 오프셋 제거
- 매우 낮은 차단(0.5-2Hz)을 갖는 HPF는 DC 성분을 제거합니다.
- 적절한 신호 처리에 필요함
- FFT 오류 및 적분 드리프트를 방지합니다.
실제 구현
아날로그 필터 대 디지털 필터
아날로그 고역 통과 필터
- 신호 조절의 하드웨어 회로
- 실시간 운영
- 앤티앨리어싱 및 센서 컨디셔닝
- 설계 후 고정된 특성
디지털 고역 통과 필터
- 소프트웨어 기반 후처리
- 조정 가능한 차단 및 필터 순서
- 데이터 수집 후 적용/제거 가능
- 최신 분석기는 다양한 필터 옵션을 제공합니다.
차단 주파수 선택
베어링 분석을 위해
- fc를 최저 베어링 고장 주파수 아래로 설정
- 일반적인: 500-1000Hz 차단
- 1×, 2×, 기어 메시 등을 제거합니다.
- 결함 주파수(일반적으로 50~500Hz) 및 고주파 변조를 전달하는 패스
통합을 위해
- fc를 관심 주파수의 2~5배로 설정
- 너무 낮음: 드리프트 허용
- 너무 높음: 유효한 저주파 구성 요소를 감쇠시킵니다.
- 일반 통합의 경우 2-10Hz
측정에 미치는 영향
진폭 효과
- 차단 이하의 주파수는 진폭이 감소합니다.
- 매우 낮은 주파수는 본질적으로 제거되었습니다.
- 차단 주파수보다 훨씬 높은 주파수는 영향을 받지 않습니다.
- 전환 영역은 점진적인 감소를 보여줍니다.
위상 효과
- 필터 소개 단계 옮기다
- 위상 변화 주파수에 따라 다름
- 시간 영역 파형 모양에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 베셀 필터는 위상 왜곡을 최소화합니다.
파형 효과
- 저주파 기준선 변화를 제거합니다.
- 파형을 0 주위로 중심화합니다.
- 겉보기 파형 특성을 변경할 수 있습니다.
- 파형을 해석할 때 필터링을 이해하는 것이 중요합니다.
다른 필터와 결합
고역통과 + 저역통과 = 대역통과
- HPF는 저주파를 차단합니다
- LPF는 고주파를 차단합니다
- 조합은 중간 대역만 통과합니다.
- 특정 주파수 범위에 대한 대역 통과 필터를 생성합니다.
다단계 처리에서의 고역 통과
- 디지털화 전 앤티앨리어싱(저역통과)
- DC 제거를 위한 고역 통과
- 봉투 분석을 위한 대역 통과
- 복잡한 신호 조절을 위한 순차 필터링
고역통과 필터는 진동 분석에 필수적인 신호 처리 도구로, 주요 저주파 성분을 제거하여 고주파 진단 정보를 분리할 수 있습니다. 고역통과 필터의 특성(차단 주파수, 필터 차수, 진폭 및 위상에 미치는 영향)을 이해하는 것은 베어링 분석, 신호 적분, 그리고 주파수 선택적 측정이 필요한 모든 분석에 적용하는 데 필수적입니다.
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