Hva er et lavpassfilter? Anti-aliasing og utjevning • Bærbar balanserer, vibrasjonsanalysator "Balanset" for dynamisk balansering av knusere, vifter, mulchere, skruer på skurtreskere, aksler, sentrifuger, turbiner og mange andre rotorer Hva er et lavpassfilter? Anti-aliasing og utjevning • Bærbar balanserer, vibrasjonsanalysator "Balanset" for dynamisk balansering av knusere, vifter, mulchere, skruer på skurtreskere, aksler, sentrifuger, turbiner og mange andre rotorer

Hva er et lavpassfilter? Antialiasing og utjevning

Publisert av admin på

Forstå lavpassfiltre

Definisjon: Hva er et lavpassfilter?

Lavpassfilter (LPF) er et frekvensselektivt signalbehandlingselement som tillater vibrasjon komponenter under en spesifisert grensefrekvens å passere gjennom mens komponenter over grensefrekvensen dempes (reduseres eller blokkeres). I vibrasjonsanalyse, lavpassfiltre tjener kritiske funksjoner, inkludert anti-aliasing (forebygging av falske frekvenser i digitale systemer), støyreduksjon og isolering av lavfrekvente vibrasjonskomponenter for fokusert analyse.

Lavpassfiltre er kanskje de mest brukte filtrene i vibrasjonsinstrumentering, og finnes i alle digitaliseringssystemer som antialiasing-filtre og er tilgjengelige som analyseverktøy for å utjevne data, fjerne høyfrekvent støy og fokusere på lavfrekvente fenomener.

Filteregenskaper

Grensefrekvens (fc)

  • Definisjon: Frekvens der filterresponsen faller til -3 dB (70,7% amplitude)
  • Under fc (passbånd): Frekvenser passerer med minimal demping
  • Over fc (stoppbånd): Frekvenser gradvis dempet
  • Overgangsbånd: Området rundt fc hvor dempningen øker

Filterrekkefølge og avrulling

  • 1. ordre: 6 dB/oktav (20 dB/tiår) – gradvis avrulling
  • 2. ordre: 12 dB/oktav (40 dB/tiår) – moderat
  • 4. orden: 24 dB/oktav (80 dB/tiår) – bratt
  • 8. orden: 48 dB/oktav (160 dB/tiår) – veldig bratt
  • Høyere orden: Skarpere overgang, bedre stoppbåndavvisning

Filterresponstyper

  • Butterworth: Maksimalt flatt passbånd, ingen ripple
  • Tsjebysjov: Skarpere avskjæring, tillater passbåndsrippel
  • Bessel: Lineær fase (minimal bølgeformforvrengning)
  • Elliptisk: Skarpest overgang, krusning i begge bånd

Primære applikasjoner

1. Antialiasing (mest kritisk)

Forhindrer falske frekvenser i digitale systemer:

  • Hensikt: Blokkfrekvenser over Nyquist-frekvens (halv samplingsfrekvens)
  • Behov: Før analog-til-digital-konvertering
  • Typisk grense: 0,4–0,8 × (Samplingsfrekvens / 2)
  • Bratthet: Vanligvis 8. orden eller høyere for god aliasing-avvisning
  • Kritisk: Utilstrekkelig antialiasing skaper falske spektrale topper

2. Støyreduksjon

  • Fjern høyfrekvent elektrisk støy
  • Filtrer ut støy fra sensorkabelen
  • Jevne data for trending
  • Forbedre signal-til-støy-forholdet for lavfrekvente komponenter

3. Frekvensområdebegrensning

  • Fokusanalyse på frekvensområde av interesse
  • Eksempel: 0–100 Hz-analyse for maskiner med lav hastighet
  • Fjerner irrelevant høyfrekvent innhold
  • Reduserer krav til databehandling og lagring

4. Integrasjonsforberedelse

  • Før integrering av akselerasjon til hastighet
  • Fjern svært høye frekvenser (støy som ville blitt forsterket)
  • Typisk avskjæring: 1000–5000 Hz, avhengig av bruksområde
  • Forhindrer støyforsterkning i integrasjon

Valg av grensefrekvens

Antialiasing-applikasjoner

  • Regel: fc = 0,4 × samplingsfrekvens (konservativ) til 0,8 × samplingsfrekvens (aggressiv)
  • Eksempel: 10 kHz samplingsfrekvens → fc = 4000 Hz
  • Kriterium: Stoppbånddemping > 60 dB ved Nyquist-frekvens

Analytiske applikasjoner

  • Sett fc rett over høyeste interessefrekvens
  • For lavfrekvensanalyse (0–200 Hz): fc = 200–300 Hz
  • Kun for ubalanse (1×): fc = 5–10× kjørehastighet
  • Legg igjen margin for filterovergangsbånd

Støyreduksjon

  • Identifiser støyfrekvensområdet fra spekteret
  • Sett fc til å sende signalfrekvenser, avvise støyfrekvenser
  • Balanse mellom støyfjerning og signalbevaring

Effekter på målinger

Amplitudedomene

  • Passbånd: Minimal amplitudeendring (< 0,5 dB vanligvis)
  • Stoppbånd: Sterk demping (40–80 dB eller mer)
  • Totalt nivå: Reduserer generell vibrasjon hvis høye frekvenser er til stede

Tidsdomene

  • Bølgeform utjevnet (høyfrekvente variasjoner fjernet)
  • Skarpe kanter eller pigger avrundet
  • Transient respons (filterringing) kan påvirke bølgeformen
  • Faseforvrengning kan påvirke tolkningen av bølgeform

Frekvensdomene

  • Spektrum viser reduserte amplituder over grenseverdien
  • Høyfrekvente topper redusert eller eliminert
  • Støynivået ble senket hvis støyen var høyfrekvent

Vanlige problemer og løsninger

Utilstrekkelig antialiasing

  • Symptom: Falske lavfrekvente topper i spektrum
  • Forårsake: Høye frekvenser folder seg tilbake under Nyquist
  • Løsning: Bruk et brattere filter, øk samplingsfrekvensen, kontroller filterets funksjon

Grenseverdien er for lav

  • Symptom: Gyldige høyfrekvente signaler dempet
  • Eksempel: Lagerfrekvenser redusert av overaggressiv LPF
  • Løsning: Øk grensefrekvensen, bruk en svakere filterhelling

Filtrer artefakter

  • Ringer: Oscillasjoner i tidsdomenet fra skarp filteravskjæring
  • Faseforvrengning: Bølgeformen endres fra faseskift
  • Løsning: Bruk Bessel-filteret for kritiske bølgeformapplikasjoner

Komplementære filtre

Lavpass vs. høypass

  • Lavpass: Sender gjennom lave frekvenser, blokkerer høye
  • Høypass: Sender gjennom høye frekvenser, blokkerer lave
  • Komplementær: Brukes sammen for båndpassfiltrering

Båndpassfilter

  • Kombinasjon: HPF + LPF
  • Sender bare frekvenser i spesifisert bånd
  • Avviser både under og over båndet
  • Viktig for konvoluttanalyse

Lavpassfiltre er grunnleggende komponenter i vibrasjonsmålingssystemer, og utfører viktige funksjoner fra anti-aliasing-beskyttelse til støyreduksjon og valg av frekvensområde. Å forstå lavpassfilterets drift, riktig valg av grensefrekvens og effekter på målte signaler er avgjørende for nøyaktig vibrasjonsanalyse og unngåelse av måleartefakter i digitale datainnsamlingssystemer.

← Tilbake til hovedindeksen

Kategorier:
WhatsApp