Aukšto dažnio filtrų supratimas
A aukšto dažnio filtras (HPF) yra dažnį atrenkantis signalo apdorojimo elementas, leidžiantis vibracija komponentams, kurių dažnis viršija nustatytą ribinį dažnį, praeiti, kartu slopinant komponentus žemiau ribinio dažnio. Vibracijos analizėje vibracijos analizė), kad analitikas galėtų sutelkti dėmesį į žemo dažnio vibraciją (nuo disbalansas ir nesutapimas), todėl analitikas gali sutelkti dėmesį į aukšto dažnio turinį (nuo guolių defektai, krumpliaračių tinklas, ir elektrinių šaltinių), taip pat pašalina jutiklio montavimo rezonanso artefaktus bei nuolatinės srovės poslinkius. Tai yra atvaizdas žemųjų dažnių filtras.
Aukšto dažnio praleidimo filtrai yra esminiai gaubtinės analizė, antialiasingo sistemoms ir bendrajam signalo filtravimas, leidžiantys išgauti diagnostinę informaciją iš pasirinkto dažnių intervalo, atmetant nepageidaujamus žemo dažnio komponentus, kurie kitaip užmaskuotų ar nustelbtų dominančius signalus.
1. Filtro charakteristikos
Trys parametrai nustato bet kokio aukšto dažnio praleidimo filtro elgseną: ribinis dažnis, nuolydis ir pagrindinis projektavimo tipas.
- Ribinis dažnis (fc): dažnis, kuriame filtro reakcija krenta iki −3 dB (70,7 % praleidimo juostos amplitudės). Žemiau fc dažniai palaipsniui slopinami; virš fc jie praeina su minimaliomis nuostoliais. Ribinis dažnis parenkamas pagal taikymą ir dominančio dažnio turinį.
- Filtro nuolydis (nuslopinimo greitis): slopinimo greitis žemiau ribinio dažnio, išreikštas dB vienam oktavui arba dB vienam dekadui. A 1st-order filtras nuslopinamas 6 dB/oktava (20 dB/dekada) — švelnus nuolydis; a 2nd-order 12 dB/oktavą (40 dB/dekadą) — vidutinis; a 4th-order 24 dB/oktavą (80 dB/dekadą) — status. Aukštesnės eilės suteikia ryškesnį perėjimą ir geresnį atmetimą, tačiau yra sudėtingesnės įgyvendinti.
The filter type nustato kompromisą tarp aštrumo ir tikslingumo:
- Butterworthas: maksimaliai plokščias pralaidumo diapazono atsakas.
- Čebyševas: ryškesnis pjūvis, tačiau su bangavimu pralaidumo juostoje.
- Beselis: geriausias elgesys laiko srityje, su minimaliomis fazė distortion.
- Elipsinis: aštriausias perėjimas iš visų, tačiau su bangavimu tiek pralaidumo, tiek užtvaros juostose.
2. Taikymas vibracijos analizėje
Guolio defekto nustatymas
Tai yra dažniausiai pasitaikantis taikymas. Ribinis dažnis, paprastai 500–2000 Hz, pašalina žemo dažnio disbalanso ir nesutapimo virpesius, paliekant aukšto dažnio smūgio signalus, generuojamus guolių pažeidimų. Tai yra pirmasis vokelinio analizės apdorojimo etapas, kuris vėliau demoduliacijos būdu atskleidžia guolių gedimų dažniai.
Integravimas į greitį arba poslinkį
Kada integrating pagreitis į greitis arba poslinkis, aukštų dažnių praleidžiantis filtras, nustatytas 2–10 Hz, pašalina nuolatinės srovės poslinkį ir labai žemus dažnius, kurie kitaip integruotųsi į didelius dreifavimo klaidas. Šis žingsnis yra būtinas tiksliam žemo dažnio integravimui.
Jutiklio tvirtinimo-rezonanso šalinimas
An akselerometras montavimo rezonansas — paprastai 3–10 kHz magnetiniam laikliui — gali iškraipyti rodmenis. Aukštų dažnių praleidžiantis (arba juostą ribojantis) filtras pašalina šį artefaktą, todėl matavimas atspindi tikruosius mašinos virpesius, o ne jutiklio efektą. Garsas jutiklio montavimas praktika papildo filtrą.
DC poslinkio šalinimas
Aukštų dažnių praleidžiantis filtras su labai žemu ribiniu dažniu (0,5–2 Hz) pašalina nuolatinės srovės komponentą iš signalo. Tai būtina tinkamam signalo apdorojimui, užkertant kelią FFT klaidos ir integracijos nuokrypis.
3. Praktinis įgyvendinimas
Analoginiai ir skaitmeniniai filtrai
Analoginiai aukšto dažnio filtrai yra aparatinės įrangos grandinės signalų kondicionavimo grandinės viduje. Jos veikia realiuoju laiku, tvarko antialiasing ir jutiklių kondicionavimą, o jų charakteristikos yra fiksuotos po sukūrimo. Skaitmeniniai aukšto dažnio filtrai yra programinės įrangos pagrindu ir taikomos vėlesnio apdorojimo metu; jų ribinis dažnis ir eilė yra reguliuojami, ir juos galima pritaikyti arba pašalinti po duomenų surinkimo. Šiuolaikiniai analizatoriai siūlo kelias skaitmeninio filtro parinktis, todėl tą patį įrašą galima nagrinėti keliais būdais.
Ribinio dažnio pasirinkimas
Už atspalvio analizė, set fc žemiau žemiausio guolių gedimo dažnio — paprastai 500–1000 Hz ribinis dažnis. Tai pašalina 1×, 2× ir krumpliaračio tinklelio komponentus, praleisdamas guolių gedimo dažnius (paprastai 50–500 Hz) ir jų aukšto dažnio moduliavimą. Skirta integracija, set fc 2–5 kartus daugiau nei žemiausias dominantis dažnis: per žemas leidžia dreifui, per aukštas slopina galiojančius žemo dažnio komponentus, o 2–10 Hz yra tipiškas bendrajam integravimui.
4. Poveikis matavimams
Aukštų dažnių praleidžiantis filtras keičia signalą trimis būdais, kuriuos analitikas turi turėti omenyje:
- Amplitudės efektai: dažniai žemiau ribos yra sumažinami, labai žemi dažniai iš esmės pašalinami, o dažniai gerokai aukščiau ribos paliekami nepaveikti; pereinamojoje srityje matomas laipsniškas mažėjimas, o ne aiški riba.
- Phase effects: visi filtrai įveda dažnio priklausomybę fazė poslinkis, galintis pakeisti laiko srities bangos formos pobūdį. Bessel filtrai sumažina šį fazės iškraipymą, o tai svarbu interpretuojant bangos formos laiko momentus.
- Bangos formos efektai: filtras pašalina žemo dažnio bazinės linijos svyravimus ir centruoja laiko bangos forma apie nulį, o tai gali pakeisti jo akivaizdų pobūdį. Todėl interpretuojant bangos formą svarbu žinoti, koks filtravimas buvo taikytas.
5. Aukštų dažnių praleidžiamųjų filtrų derinimas su kitais filtrais
Aukštų dažnių praleidžiamieji filtrai retai veikia atskirai. Sujungus aukštų dažnių praleidžiamąjį filtrą su žemų dažnių praleidžiamuoju gaunamas juostinio pralaidumo filtras: HPF blokuoja žemus dažnius, LPF blokuoja aukštus dažnius, o kombinacija praleidžia tik vidutinę juostą — tai būtent ta selektyvumas, reikalingas norint išskirti konkretų dažnių diapazoną. Pilnoje daugiapakopė apdoroji grandinėje prieš skaitmeninimą taikomas antialeizingas (žemų dažnių) filtras, aukštų dažnių praleidžiamasis filtras pašalina nuolatinę dedamąją, o juostinis filtras parengia signalą voko analizei; šis nuoseklus filtravimas sudaro sudėtingą signalo kondicionavimą iš paprastų etapų. Ten, kur reikia atmeteti vieną siaurą komponentą, naudojamas įpjovos filtras yra papildomas įrankis.
6. Aukštų dažnių praleidžiamasis filtravimas lauko matavimuose
Kasdieniniame lauko darbe tinkamas aukštų dažnių praleidžiamojo filtro nustatymas leidžia pamatyti silpną guolių defektą, slepiamą ryškios rotoriaus vibracijos. Nešiojamasis dvikanalinis analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A matuoja plataus dažnių juostos signalą, reikalingą tiek balansavimui, tiek diagnostikai, o aukštų dažnių praleidžiamojo filtro etapo taikymas prieš voko analizę leidžia inžinieriui atskirti ankstyvąjį guolių defektai nuo didelės 1× disbalanso atsako tame pačiame įrenginyje. Todėl norint atlikti patikimą guolių analizę, patikimą signalo integravimą ir bet kokią užduotį, reikalaujančią dažnių selektyvių matavimų, būtina suprasti aukštų dažnių praleidžiamojo filtro charakteristikas — ribinį dažnį, filtro eilę ir poveikį amplitudei bei fazei.
