Zemfrekvences filtru izpratne
Definīcija: Kas ir zemfrekvences filtrs?
Zemfrekvences filtrs (LPF) ir frekvenču selektīvs signāla apstrādes elements, kas ļauj vibrācija komponentiem zem noteiktas robežfrekvences, lai tie izietu cauri, vienlaikus vājinot (samazinot vai bloķējot) komponentus virs robežfrekvences. vibrācijas analīze, Zemfrekvences filtri veic kritiski svarīgas funkcijas, tostarp izlīdzināšanu (nepareizu frekvenču novēršana digitālajās sistēmās), trokšņu samazināšanu un zemfrekvences vibrācijas komponentu izolēšanu fokusētai analīzei.
Zemfrekvences filtri, iespējams, ir visbiežāk izmantotie filtri vibrācijas instrumentācijā, tie ir atrodami katrā digitalizācijas sistēmā kā izlīdzināšanas filtri un pieejami kā analīzes rīki datu izlīdzināšanai, augstfrekvences trokšņu noņemšanai un koncentrēšanai uz zemfrekvences parādībām.
Filtra raksturlielumi
Robežfrekvence (fc)
- Definīcija: Frekvence, pie kuras filtra reakcija samazinās līdz -3 dB (70,7% amplitūda)
- Zem fc (caurlaides joslas): Frekvences iziet cauri ar minimālu vājinājumu
- Virs fc (stopjosla): Frekvences pakāpeniski vājinās
- Pārejas josla: Reģions ap fc, kur palielinās vājinājums
Filtru secība un nolaišana
- 1. pasūtījums: 6 dB/oktāva (20 dB/dekāde) – pakāpeniska norimšana
- 2. pasūtījums: 12 dB/oktāva (40 dB/dekāde) – mērens
- 4. kārtas numurs: 24 dB/oktāva (80 dB/dekāde) – stāvs
- 8. kārtas: 48 dB/oktāva (160 dB/desmitgade) – ļoti stāvs
- Augstāka kārtība: Asāka pāreja, labāka stopjoslas noraidīšana
Filtra atbilžu veidi
- Batervorts: Maksimāli plakana caurlaides josla, bez pulsācijas
- Čebiševs: Asāka robežvērtība, pieļauj caurlaides joslas pulsāciju
- Besels: Lineāra fāze (minimāla viļņu formas kropļošana)
- Eliptisks: Asākā pāreja, pulsācija abās joslās
Primārie pielietojumi
1. Anti-aliasing (vissvarīgākais)
Novērš viltus frekvences digitālajās sistēmās:
- Mērķis: Bloķēt frekvences virs Nyquist frekvences (puse nolases frekvences)
- Prasība: Pirms analogās-ciparu konvertēšanas
- Tipiska robežvērtība: 0,4–0,8 × (parauga frekvence / 2)
- Stāvums: Parasti 8. pakāpe vai augstāka labai aliasing noraidīšanai
- Kritiski svarīgi: Nepietiekama antialiasing rada viltus spektra maksimumus
2. Trokšņu samazināšana
- Noņemiet augstfrekvences elektrisko troksni
- Filtrējiet sensoru kabeļa troksni
- Vienmērīgi dati tendenču veidošanai
- Uzlabot signāla un trokšņa attiecību zemfrekvences komponentiem
3. Frekvenču diapazona ierobežojums
- Fokusa analīze par interesējošo frekvenču diapazonu
- Piemērs: 0–100 Hz analīze lēnas darbības mašīnām
- Noņem neatbilstošu augstfrekvences saturu
- Samazina datu apstrādes un glabāšanas prasības
4. Integrācijas sagatavošana
- Pirms paātrinājuma integrēšanas ātrumā
- Noņemt ļoti augstas frekvences (troksni, kas tiktu pastiprināts)
- Tipiska robežvērtība: 1000–5000 Hz atkarībā no pielietojuma
- Novērš trokšņu pastiprināšanos integrācijas laikā
Robežfrekvences izvēle
Antialiasing lietojumprogrammas
- Noteikums: fc = 0,4 × paraugu ņemšanas frekvence (konservatīvā) līdz 0,8 × paraugu ņemšanas frekvence (agresīvā)
- Piemērs: 10 kHz paraugu ņemšanas frekvence → fc = 4000 Hz
- Kritērijs: Stopjoslas vājinājums > 60 dB pie Nyquist frekvences
Analītiskās lietojumprogrammas
- Iestatiet fc tieši virs augstākās interesējošās frekvences
- Zemfrekvences analīzei (0–200 Hz): fc = 200–300 Hz
- Tikai disbalansam (1×): fc = 5–10× darba ātrums
- Atstājiet rezervi filtra pārejas joslai
Trokšņa samazināšana
- Nosakiet trokšņa frekvenču diapazonu no spektra
- Iestatiet fc, lai izlaistu signāla frekvences, noraidītu trokšņa frekvences
- Līdzsvars starp trokšņu noņemšanu un signāla saglabāšanu
Ietekme uz mērījumiem
Amplitūdas domēns
- Caurlaides josla: Minimāla amplitūdas izmaiņa (< 0,5 dB (parasti < 0,5 dB)
- Stopjosla: Spēcīga vājināšanās (40–80 dB vai vairāk)
- Kopējais līmenis: Samazina kopējo vibrāciju, ja ir augstas frekvences
Laika domēns
- Viļņu forma izlīdzināta (augstfrekvences svārstības noņemtas)
- Asas malas vai noapaļoti tapas
- Pārejoša reakcija (filtra zvanīšana) var ietekmēt viļņu formas formu
- Fāzes kropļojumi var ietekmēt viļņu formas interpretāciju
Frekvences domēns
- Spektrs uzrāda samazinātas amplitūdas virs robežvērtības
- Augstas frekvences maksimumi ir samazināti vai novērsti
- Trokšņa minimums pazemināts, ja troksnis bija augstas frekvences
Bieži sastopamas problēmas un risinājumi
Nepietiekama antialiasing
- Simptoms: Viltus zemfrekvences pīķi spektrs
- Iemesls: Augstās frekvences, kas atliecas atpakaļ zem Nyquista
- Risinājums: Izmantojiet stāvāku filtru, palieliniet paraugu ņemšanas frekvenci, pārbaudiet filtra darbību
Robežvērtība ir pārāk zema
- Simptoms: Derīgi augstfrekvences signāli ir vājināti
- Piemērs: Gultņu frekvences samazinātas pārāk agresīva zemfrekvences filtra dēļ
- Risinājums: Palieliniet robežfrekvenci, izmantojiet maigāku filtra slīpumu
Filtrēt artefaktus
- Zvanīšana: Svārstības laika apgabalā no asas filtra nogriešanas
- Fāzes kropļojumi: Viļņu formas izmaiņas fāzes nobīdes dēļ
- Risinājums: Kritisku viļņu formu lietojumos izmantojiet Besela filtru
Papildinošie filtri
Zema caurlaidība pret augstu caurlaidību
- Zemfrekvenču: Caurlaid zemas frekvences, bloķē augstas
- Augsta caurlaidība: Caurlaid augstas frekvences, bloķē zemas
- Papildinoši: Izmanto kopā joslas caurlaides filtrēšanai
Joslas caurlaides filtrs
- Kombinācija: Augstas veiktspējas filtrs (HPF) + Zemas veiktspējas filtrs (LPF)
- Caurlaiž tikai frekvences norādītajā joslā
- Noraida gan zem, gan virs joslas
- Būtiski priekš aploksnes analīze
Zemfrekvenču filtri ir vibrācijas mērīšanas sistēmu pamatkomponenti, kas pilda būtiskas funkcijas, sākot no pretaliasinga aizsardzības līdz trokšņu samazināšanai un frekvenču diapazona izvēlei. Izpratne par zemfrekvenču filtra darbību, pareizu robežfrekvences izvēli un ietekmi uz izmērītajiem signāliem ir ļoti svarīga precīzai vibrācijas analīzei un mērījumu artefaktu novēršanai digitālajās datu ieguves sistēmās.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 