Inzicht in hoogdoorlaatfilters
Definitie: Wat is een hoogdoorlaatfilter?
Hoogdoorlaatfilter (HPF) is een frequentieselectief signaalverwerkingselement dat het mogelijk maakt trillingen componenten boven een bepaalde afsnijfrequentie doorlaten, terwijl componenten onder de afsnijfrequentie worden verzwakt (verminderd). trillingsanalyse, hoogdoorlaatfilters worden gebruikt om laagfrequente trillingen (van onevenwicht, verkeerde uitlijning) en focus op hoogfrequente content (van lagerdefecten, tandwielgrijping, elektrische frequenties) of om resonantie-effecten bij het monteren van sensoren en DC-offsets te elimineren.
Hoogdoorlaatfilters zijn fundamentele componenten in envelopanalyse, anti-aliasingsystemen en signaalconditionering, waardoor het mogelijk is diagnostische informatie uit specifieke frequentiebereiken te halen, terwijl ongewenste laagfrequente componenten die de relevante signalen zouden kunnen maskeren of overstemmen, worden afgewezen.
Filterkenmerken
Afsnijfrequentie (fc)
- Definitie: Frequentie waarbij de filterrespons daalt tot -3 dB (70.7% van de doorlaatbandamplitude)
- Onder fc: Frequenties worden progressief verzwakt
- Boven fc: Frequenties passeren met minimale demping
- Selectie: Kies fc op basis van de toepassing en frequentie-inhoud van interesse
Filterhelling (afrolsnelheid)
- Verzwakkingssnelheid onder de afsnijfrequentie
- Uitgedrukt in dB per octaaf of dB per decennium
- 1e Orde: 6 dB/octaaf (20 dB/decade) – zachte helling
- 2e orde: 12 dB/octaaf (40 dB/decade) – gematigde helling
- 4e Orde: 24 dB/octaaf (80 dB/decade) – steile helling
- Hogere orde: Scherpere overgang, betere afwijzing, maar complexer
Filtertypen
- Butterworth: Maximaal vlakke doorlaatbandrespons
- Tsjebysjev: Scherpere afsnijding maar met rimpel in de doorlaatband
- Bessel: Beste tijdsdomeinkarakteristieken (minimale fasevervorming)
- Elliptisch: Scherpste overgang, maar rimpel in zowel de doorlaatband als de stopband
Toepassingen in trillingsanalyse
1. Detectie van lagerdefecten
Meest voorkomende toepassing:
- Afsnijding: Meestal 500-2000 Hz
- Doel: Verwijder laagfrequente onbalans en trillingen door verkeerde uitlijning
- Resultaat: Focus op hoogfrequente lagerimpactsignalen
- Gebruik: Eerste fase in de verwerking van envelopanalyse
2. Integratie voor snelheid/verplaatsing
- Bij het integreren van versnelling met snelheid of verplaatsing
- HPF bij 2-10 Hz verwijdert DC-offset en zeer lage frequenties
- Voorkomt integratiefouten en drift
- Essentieel voor nauwkeurige laagfrequente integratie
3. Eliminatie van resonantie bij sensormontage
- Resonantie van de montage van de accelerometer (meestal 3-10 kHz voor een magnetische montage)
- HPF verwijdert dit resonantie-artefact
- Zorgt ervoor dat de metingen machinetrillingen weergeven en niet de effecten van sensoren.
4. DC-offset verwijderen
- HPF met zeer lage afsnijding (0,5-2 Hz) verwijdert DC-componenten
- Noodzakelijk voor een goede signaalverwerking
- Voorkomt FFT-fouten en integratiedrift
Praktische implementatie
Analoge versus digitale filters
Analoge hoogdoorlaatfilters
- Hardwarecircuits in signaalconditionering
- Realtime werking
- Anti-aliasing en sensorconditionering
- Vaste kenmerken die eenmaal zijn ontworpen
Digitale hoogdoorlaatfilters
- Softwarematige nabewerking
- Instelbare afsnijding en filtervolgorde
- Kan worden toegepast/verwijderd na gegevensverzameling
- Moderne analysers bieden meerdere filteropties
Selectie van de afsnijfrequentie
Voor lageranalyse
- Stel fc in onder de laagste lagerfoutfrequentie
- Typisch: 500-1000 Hz afsnijding
- Verwijdert 1×, 2×, tandwielnet, etc.
- Passeert de foutfrequenties (meestal 50-500 Hz) en hun hoogfrequente modulatie
Voor integratie
- Stel fc in op 2-5× de laagste frequentie van interesse
- Te laag: laat drift toe
- Te hoog: verzwakt geldige laagfrequente componenten
- Typisch: 2-10 Hz voor algemene integratie
Effecten op metingen
Amplitude-effecten
- Frequenties onder de afsnijgrens worden in amplitude verminderd
- Zeer lage frequenties worden in wezen geëlimineerd
- Frequenties ver boven de afsnijfrequentie blijven onaangetast
- Overgangsregio vertoont geleidelijke afname
Fase-effecten
- Filters introduceren fase verschuiving
- Faseverschuiving frequentieafhankelijk
- Kan de vorm van de golfvorm in het tijdsdomein beïnvloeden
- Besselfilters minimaliseren fasevervorming
Golfvormeffecten
- Verwijdert laagfrequente basislijnvariaties
- Centreert de golfvorm rond nul
- Kan het schijnbare karakter van de golfvorm veranderen
- Belangrijk om filtering te begrijpen bij het interpreteren van golfvormen
Gecombineerd met andere filters
Hoogdoorlaat + Laagdoorlaat = Banddoorlaat
- HPF blokkeert lage frequenties
- LPF blokkeert hoge frequenties
- Combinatie passeert alleen de middelste band
- Creëert een banddoorlaatfilter voor een specifiek frequentiebereik
Hoogdoorlaat in meertrapsverwerking
- Anti-aliasing (low-pass) vóór digitalisering
- Hoogdoorlaat voor DC-verwijdering
- Bandpass voor envelopanalyse
- Sequentiële filtering voor complexe signaalconditionering
Hoogdoorlaatfilters zijn essentiële signaalverwerkingshulpmiddelen bij trillingsanalyse. Ze maken isolatie van hoogfrequente diagnostische informatie mogelijk door dominante laagfrequente componenten te verwijderen. Inzicht in de kenmerken van hoogdoorlaatfilters – afsnijfrequentie, filtervolgorde en effecten op amplitude en fase – is cruciaal voor een correcte toepassing in lageranalyse, signaalintegratie en elke analyse die frequentieselectieve metingen vereist.
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 