Разбирање на филтрирањето на сигналот
Филтрирање на сигнал е клучна техника за обработка на сигнали што се користи во анализа на вибрации за отстранување на несаканите фреквентни компоненти од сигналот или за издвојување на конкретни фреквенции од интерес. Филтерот во суштина е електронско коло или софтверски алгоритам што дозволува одредени фреквенции да “поминат”, додека ги блокира или придушува другите. Тоа е еден од тивките работни коњи на дисциплината: филтрирањето работи непрекинато во секој дигитален вибрациски анализатор за да се обезбеди дека податоците што се анализираат се чисти, точни и релевантни за дијагностичката задача што е во тек.
1. Дефиниција: Што е филтрирање на сигналот?
Секое сурово мерење на вибрации е мешавина од сигналите што ги сакате и оние што не ги сакате — шум на сензорот, структурни резонанции, електрично брмчење и енергија од фреквентни опсези што едноставно не се однесуваат на тековната задача. Филтерот се дефинира со неговата фреквенција на пресек (точката на која почнува да придушува) и неговото опаѓање (roll-off) (колку стрмно придушува над таа точка). Уметноста на филтрирањето лежи во пропуштањето на дијагностичката содржина на сигналот, притоа потиснувајќи сѐ што би ја прикрило. Кога е направено добро, е невидливо; кога е направено лошо, може да го скрие токму дефектот што го барате.
2. Вообичаени видови филтри во анализата на вибрации
Постојат четири основни типа филтри што се користат во обработката на сигнали, и секој има посебна улога во сигналниот синџир на анализаторот:
- Нископропусен филтер: дозволува ниските фреквенции да поминат, но ги блокира високите фреквенции. Фреквенцијата на која сигналот почнува да се придушува е фреквенцијата на пресек.
- Високопропусен филтер: спротивно на нископропусниот филтер — дозволува високите фреквенции да поминат и ги блокира ниските фреквенции.
- Појасно-пропусен филтер: дозволува одреден опсег или ранг на фреквенции да помине, додека ги блокира и пониските и повисоките фреквенции. Тоа е, всушност, високопропусен и нископропусен филтер што работат заедно.
- Опсегзапорен (или Notch) филтер: спротивно на опсегпропусниот филтер — блокира тесен опсег на фреквенции, притоа дозволувајќи ги сите други да поминат. Notch-филтерот е алатката од избор за отфрлање на еден единствен пречлив тон, како што е електричното пречење со фреквенција на мрежата.
3. Клучни примени на филтрирањето
Филтрите се користат на неколку критични начини во еден анализатор на вибрации.
a) Анти-алиасинг филтри
Ова е веројатно најважната примена на филтрирањето. Анти-алијасинг филтерот е стрмен нископропусен филтер применет на аналогниот сигнал пред се дигитализира. Неговата цел е да ја отстрани сета фреквентна содржина над максималната фреквенција (Fmax) што корисникот ја избрал за мерењето.
Ова е неопходно за да се спречи алиасинг, сериозна грешка во дигиталната обработка на сигнали при која високите фреквенции “се превиткуваат надолу” и се преправаат во пониски, произведувајќи целосно неточен спектар од инаку добри податоци. Бидејќи алијасингот не може да се поништи откако податоците се семплирани — лажните врвови не се разликуваат од вистинските — анти-алијасинг филтерот мора да делува во аналогниот домен, пред конверторот. Тоа е единствената компонента што го гарантира интегритетот на сите дигитални податоци за вибрации.
b) Интеграција и диференцијација
Вибрациите се мерат како забрзување, брзина или поместување. Иако акцелерометар е најчестиот сензор, аналитичарот често сака да ги гледа податоците во смисла на брзина, што обично бара анализаторот да го интегрира сигналот на забрзување. Интеграцијата силно ги засилува многу нискофреквентните шумови — познатата “ски-падина” што стрмно се издига кон нула Hz. Високопропусен филтер го отстранува овој шум пред интеграцијата за да произведе чист, употреблив спектар на брзина или поместување. Обратната операција, диференцијацијата, има спротивна тенденција и наместо тоа ги засилува високофреквентните шумови.
c) Анализа на обвивка (демодулација)
Анализа на обвивка, примарната техника за откривање на дефекти на лежишта, во голема мера се потпира на филтрирањето. Процесот вклучува:
- Користење на појасно-пропусен филтер за да се издвои високофреквентен опсег каде што се присутни сигналите од ударите на лежиштето — и секоја структурна резонанција што ја побудуваат.
- Обработка на овој филтриран сигнал преку демодулација за да се извлече стапката на повторување (“обвивката”) на ударите.
- Анализа на спектарот на овој сигнал на обвивката за да се идентификуваат фреквенциите на дефектот на лежиштето.
Опсегпропусниот филтер е клучен овде за отстранување на високоенергетските, нискофреквентни сигнали — како што е небалансот при работната брзина — што инаку би ги преплавиле ситните, нискоенергетски сигнали од дефектот на лежиштето долго пред тие да достигнат опасна големина.
d) Дијагностичко филтрирање
Аналитичарите можат да применат дигитални филтри и на податоците откако се собрани, за да помогнат во дијагнозата. На пример, опсегпропусен филтер може да ја издвои вибрацијата околу одреден фреквенција на запченување на запчаниците за да се добие појасен увид во странични ленти што откриваат развој на дефект на запчаникот. Филтер за следење на редови (order-tracking) врши сродна работа на машините со променлива брзина, заклучувајќи се на избран множител на работната брзина додека таа се менува.
4. Филтрирање при балансирање на терен
Филтрирањето не е само дијагностичка помош — тоа е фундаментално за балансирање на терен. За да се балансира ротор, инструментот мора да ја издвои вибрацијата точно на 1× работна брзина и да отфрли сѐ друго. Преносен двоканален анализатор како што е Balanset-1A користи синхрон филтер за следење, референциран на импулсот еднаш по вртење од неговиот тахометар, за да ја измери амплитудата на 1× и фаза чисто дури и кога широкопојасниот шум е висок. Без тоа филтрирање, малиот, повторлив 1× вектор потребен за пресметување на корекциската тежина би се изгубил во околниот шум.
5. Замки и добра практика
- Отфилтрирање на доказите: премногу агресивно нископропусно поставување може да ја отстрани високофреквентната содржина што ги содржи најраните симптоми на дефект на лежиштето. Изберете Fmax според дефектот што го барате.
- Фазно изобличување: филтрите ја поместуваат фазата на сигналот во близина на нивниот пресек. Каде што фазата е важна — балансирање, орбита дијаграми — филтер со добро дефиниран, линеарен фазен одѕив е неопходен.
- Заборавање на опсегот: во анализата на обвивка, изборот на центар на опсегпропусниот филтер што ја промашува резонанцијата што ја носи енергијата на лежиштето дава рамен, бескорисен спектар на обвивка.
