Memahami Penapis Laluan Rendah
Definisi: Apakah itu Penapis Laluan Rendah?
Penapis laluan rendah (LPF) ialah elemen pemprosesan isyarat selektif frekuensi yang membenarkan getaran komponen di bawah frekuensi cutoff yang ditentukan untuk dilalui semasa melemahkan (mengurangkan atau menyekat) komponen di atas frekuensi cutoff. Dalam vibration analysis, penapis laluan rendah berfungsi dengan fungsi kritikal termasuk anti-aliasing (mencegah frekuensi palsu dalam sistem digital), pengurangan hingar dan mengasingkan komponen getaran frekuensi rendah untuk analisis terfokus.
Penapis laluan rendah mungkin merupakan penapis yang paling biasa digunakan dalam instrumentasi getaran, hadir dalam setiap sistem pendigitalan sebagai penapis anti-aliasing dan tersedia sebagai alat analisis untuk melicinkan data, mengalih keluar hingar frekuensi tinggi dan memfokuskan pada fenomena frekuensi rendah.
Ciri-ciri Penapis
Kekerapan Cutoff (fc)
- Definisi: Kekerapan tindak balas penapis menurun kepada -3 dB (amplitud 70.7%)
- Di bawah fc (Jalur Laluan): Kekerapan lulus dengan pengecilan minimum
- Di atas fc (Jalur Stop): Kekerapan semakin berkurangan
- Jalur Peralihan: Wilayah sekitar fc di mana pengecilan meningkat
Perintah Penapis dan Roll-Off
- Pesanan Pertama: 6 dB/oktaf (20 dB/dekad) – roll-off secara beransur-ansur
- Pesanan ke-2: 12 dB/oktaf (40 dB/dekad) – sederhana
- Pesanan ke-4: 24 dB/oktaf (80 dB/dekad) – curam
- Pesanan ke-8: 48 dB/oktaf (160 dB/dekad) – sangat curam
- Pesanan Tinggi: Peralihan yang lebih tajam, penolakan jalur henti yang lebih baik
Jenis Respons Penapis
- Butterworth: Jalur laluan rata maksimum, tiada riak
- Chebyshev: Potongan yang lebih tajam, membolehkan riak jalur laluan
- Bessel: Fasa linear (herotan bentuk gelombang minimum)
- elips: Peralihan paling tajam, riak dalam kedua-dua jalur
Aplikasi Utama
1. Anti-Aliasing (Paling Kritikal)
Menghalang frekuensi palsu dalam sistem digital:
- Tujuan: Sekat frekuensi di atas frekuensi Nyquist (kadar separuh sampel)
- Keperluan: Sebelum penukaran analog-ke-digital
- Potongan Biasa: 0.4-0.8 × (Kadar Sampel / 2)
- Kecuraman: Biasanya pesanan ke-8 atau lebih tinggi untuk penolakan alias yang baik
- kritikal: Anti-aliasing yang tidak mencukupi menghasilkan puncak spektrum palsu
2. Pengurangan Bunyi
- Buang bunyi elektrik frekuensi tinggi
- Tapis bunyi kabel sensor
- Data lancar untuk arah aliran
- Tingkatkan nisbah isyarat kepada hingar untuk komponen frekuensi rendah
3. Had Julat Kekerapan
- Analisis fokus pada julat frekuensi minat
- Contoh: Analisis 0-100 Hz untuk jentera berkelajuan rendah
- Mengeluarkan kandungan frekuensi tinggi yang tidak berkaitan
- Mengurangkan pemprosesan data dan keperluan penyimpanan
4. Persediaan Integrasi
- Sebelum menyepadukan pecutan kepada halaju
- Keluarkan frekuensi yang sangat tinggi (bunyi yang akan dikuatkan)
- Potongan biasa: 1000-5000 Hz bergantung pada aplikasi
- Menghalang penguatan hingar dalam penyepaduan
Memilih Kekerapan Cutoff
Aplikasi Anti-Aliasing
- peraturan: fc = 0.4 × Kadar Sampel (konservatif) hingga 0.8 × Kadar Sampel (agresif)
- Contoh: Kadar sampel 10 kHz → fc = 4000 Hz
- Kriteria: Pengecilan jalur henti > 60 dB pada frekuensi Nyquist
Aplikasi Analisis
- Tetapkan fc tepat di atas kekerapan minat tertinggi
- Untuk analisis frekuensi rendah (0-200 Hz): fc = 200-300 Hz
- Untuk ketidakseimbangan sahaja (1×): fc = 5-10× kelajuan larian
- Tinggalkan jidar untuk jalur peralihan penapis
Pengurangan Bunyi
- Kenal pasti julat frekuensi hingar daripada spektrum
- Tetapkan fc untuk lulus frekuensi isyarat, tolak frekuensi bunyi
- Keseimbangan antara penyingkiran hingar dan pemeliharaan isyarat
Kesan pada Pengukuran
Domain Amplitud
- Jalur laluan: Perubahan amplitud minimum (< 0.5 dB biasanya)
- Jalur henti: Pengecilan kuat (40-80 dB atau lebih)
- Tahap Keseluruhan: Mengurangkan getaran keseluruhan jika terdapat frekuensi tinggi
Domain Masa
- Bentuk gelombang terlicin (variasi frekuensi tinggi dialih keluar)
- Tepi tajam atau pancang bulat
- Tindak balas sementara (deringan penapis) boleh menjejaskan bentuk gelombang
- Herotan fasa boleh menjejaskan tafsiran bentuk gelombang
Domain Kekerapan
- Spektrum menunjukkan amplitud yang dikurangkan di atas cutoff
- Puncak frekuensi tinggi berkurangan atau dihapuskan
- Lantai hingar direndahkan jika bunyi bising berfrekuensi tinggi
Isu dan Penyelesaian Biasa
Anti-Aliasing yang tidak mencukupi
- simptom: Puncak frekuensi rendah palsu masuk spektrum
- Punca: Frekuensi tinggi dilipat ke belakang di bawah Nyquist
- Penyelesaian: Gunakan penapis yang lebih curam, tingkatkan kadar sampel, sahkan fungsi penapis
Potongan Terlalu Rendah
- simptom: Isyarat frekuensi tinggi yang sah dilemahkan
- Contoh: Kekerapan galas dikurangkan oleh LPF yang terlalu agresif
- Penyelesaian: Tingkatkan kekerapan potong, gunakan cerun penapis yang lebih lembut
Penapis Artifak
- Deringan: Ayunan dalam domain masa daripada pemotongan penapis tajam
- Herotan Fasa: Bentuk gelombang berubah daripada peralihan fasa
- Penyelesaian: Gunakan penapis Bessel untuk aplikasi bentuk gelombang kritikal
Penapis Pelengkap
Lulus Rendah lwn. Lulus Tinggi
- Lulus Rendah: Melepasi frekuensi rendah, menyekat tinggi
- Lulus Tinggi: Melepasi frekuensi tinggi, menyekat rendah
- Pelengkap: Digunakan bersama untuk penapisan laluan jalur
Penapis Band-Pas
- Gabungan: HPF + LPF
- Melepasi hanya frekuensi dalam jalur tertentu
- Menolak kedua-dua jalur di bawah dan di atas
- Penting untuk analisis sampul surat
Penapis laluan rendah ialah komponen asas dalam sistem pengukuran getaran, menyediakan fungsi penting daripada perlindungan anti-aliasing kepada pengurangan hingar dan pemilihan julat frekuensi. Memahami operasi penapis laluan rendah, pemilihan frekuensi cutoff yang betul dan kesan pada isyarat yang diukur adalah penting untuk analisis getaran yang tepat dan mengelakkan artifak pengukuran dalam sistem pemerolehan data digital.
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 