Zrozumienie filtrów pasmowo-przepustowych
Definicja: Czym jest filtr pasmowo-przepustowy?
Filtr pasmowo-przepustowy (BPF) to element przetwarzania sygnału selektywny częstotliwościowo, który umożliwia wibracja Przepuszcza on składowe w określonym paśmie częstotliwości, jednocześnie tłumiąc składowe zarówno poniżej, jak i powyżej tego pasma. Łączy on cechy filtra górnoprzepustowego (blokującego niskie częstotliwości) i dolnoprzepustowego (blokującego wysokie częstotliwości), tworząc “okno”, które przepuszcza tylko wybrany zakres częstotliwości środkowych. Filtry pasmowo-przepustowe są definiowane przez częstotliwość środkową, szerokość pasma oraz rzędność/stromość filtra.
W analizie drgań filtry pasmowo-przepustowe są niezbędne do: analiza koperty (izolowanie częstotliwości uderzeń łożysk), ukierunkowana diagnostyka (badanie określonych zakresów częstotliwości) i eliminowanie niepożądanych wibracji poza pasmem częstotliwości zainteresowania w celu poprawy stosunku sygnału do szumu i przejrzystości pomiarów.
Parametry filtru
Częstotliwość środkowa (f0)
- Środek pasma przepustowego
- Częstotliwość maksymalnej odpowiedzi filtra
- Wybrane na podstawie częstotliwości interesujących treści
- Zwykle wybierane w celu dopasowania do częstotliwości rezonansowej lub częstotliwości zwarcia
Szerokość pasma (BW)
- Definicja: Zakres częstotliwości pomiędzy punktami -3 dB (f_high – f_low)
- Wąskie pasmo: BW < 10% częstotliwości środkowej (wysoce selektywne)
- Szerokie pasmo: BW > 50% częstotliwości środkowej (mniej selektywna)
- Współczynnik Q: Q = f0 / BW (wyższe Q = węższe, bardziej selektywne)
Charakterystyka filtra
- Dolna granica odcięcia (f_low): Częstotliwość, przy której dolne nachylenie osiąga -3 dB
- Górny próg odcięcia (f_high): Częstotliwość, przy której górne nachylenie osiąga -3 dB
- Współczynnik kształtu: Stosunek szerokości pasma zaporowego do szerokości pasma przepustowego (miara selektywności)
Zastosowania w analizie drgań
1. Analiza obwiedni (główne zastosowanie)
Krytyczny pierwszy krok w wykrywaniu wad łożysk:
- Wybór zespołu: 500 Hz – 10 kHz lub 1 kHz – 20 kHz typowo
- Zamiar: Izolacja rezonansów łożysk o wysokiej częstotliwości wzbudzonych przez uderzenia
- Proces: BPF → wykrywanie obwiedni → FFT koperty
- Wynik: Wzmocniony częstotliwości uszkodzeń łożysk wyraźnie widoczne
2. Analiza pasma rezonansowego
- Filtr wokół częstotliwości rezonansowej konstrukcji lub łożyska
- Izolowanie energii w rezonansie od innych częstotliwości
- Oceń wzbudzenie i reakcję w określonym trybie
- Przydatne przy rozwiązywaniu problemów z rezonansem
3. Izolacja zakresu częstotliwości
- Skupienie się na określonym zakresie częstotliwości diagnostycznych
- Przykład: 10–100 Hz do analizy niskiej częstotliwości
- Usuwa dryft niskiej częstotliwości i szum wysokiej częstotliwości
- Poprawia przejrzystość dla interesujących częstotliwości
4. Izolacja zazębienia przekładni
- BPF wyśrodkowany na częstotliwości zazębienia
- Przepuszcza częstotliwość siatki i pasma boczne
- Blokuje inne stopnie przekładni i częstotliwości łożysk
- Umożliwia ukierunkowaną analizę sprzętu
Projekt filtra pasmowo-przepustowego
Kaskadowe filtry dolnoprzepustowe i górnoprzepustowe
Najczęstsza implementacja:
- Filtr górnoprzepustowy blokuje częstotliwości poniżej f_low
- Filtr dolnoprzepustowy blokuje częstotliwości powyżej f_high
- Połączenie szeregowe tworzy pasmo przepustowe
- Każdy filtr przyczynia się do całkowitej selektywności
Projekt bezpośredniego pasma przepustowego
- Zoptymalizowany jako pojedynczy filtr, a nie kaskadowy
- Bardziej złożony, ale może osiągnąć lepsze właściwości
- Stosowany w specjalistycznych zastosowaniach
Rozważania praktyczne
Kompromisy w wyborze przepustowości
Wąska przepustowość
- Zalety: Lepsza selektywność, silniejsze odrzucanie sąsiednich częstotliwości
- Wady: Może nie wychwycić zmian częstotliwości, wymaga precyzyjnego dostrojenia
- Używać: Gdy znana jest dokładna częstotliwość i jest ona stabilna
Szeroka przepustowość
- Zalety: Rejestruje zmiany częstotliwości, mniej krytyczne strojenie
- Wady: Mniejsze odrzucanie niepożądanych częstotliwości w pobliżu
- Używać: Gdy częstotliwość jest zmienna lub potrzebny jest zakres częstotliwości
Do analizy obwiedni
- Typowe zespoły: 500-2000 Hz, 1000-5000 Hz, 5000-20000 Hz
- Wybór: Wybierz zespół z dobrym wzbudzeniem rezonansu łożyska
- Zweryfikować: Sprawdź surowe widmo przyspieszenia, aby zidentyfikować rezonans
- Być optymistą: Dostosuj, aby zmaksymalizować sygnał uszkodzenia łożyska
Efekty filtrów na sygnałach
Efekty przebiegu czasowego
- Przefiltrowany przebieg pokazuje tylko częstotliwości w paśmie przepustowym
- Pojawia się jako modulowana nośna (jeśli wąskie pasmo)
- Usuwa wahania niskiej częstotliwości i szum wysokiej częstotliwości
- Może uprościć interpretację przebiegu
Efekty widmowe
- Zachowane amplitudy pasma przepustowego
- Zmniejszone amplitudy pasma zaporowego (typowo 40–80 dB)
- Czystsze widmo skupiające się na paśmie zainteresowania
- Obniżony poziom szumów, jeśli szum występuje poza pasmem przenoszenia
Cyfrowe i analogowe filtry pasmowo-przepustowe
Filtry analogowe
- Implementacja sprzętowa w ścieżce sygnałowej
- Operacja w czasie rzeczywistym
- Stałe cechy po zaprojektowaniu
- Stosowany w wygładzaniu krawędzi i kondycjonowaniu sygnału
Filtry cyfrowe
- Przetwarzanie oprogramowania po digitalizacji
- Parametry regulowane
- Można stosować/usuwać po zbiorze
- Nowoczesne analizatory oferują rozbudowane opcje cyfrowego BPF
Typowe zastosowania według zakresu częstotliwości
Filtr pasmowy niskiej częstotliwości (10-200 Hz)
- Analiza niewyważenia i niewspółosiowości
- Monitorowanie maszyn wolnoobrotowych
- Wibracje fundamentów i konstrukcji
Pasmo przenoszenia średnich częstotliwości (200-2000 Hz)
- Częstotliwości zazębienia przekładni
- Częstotliwości przechodzenia łopatek/łopatek
- Niższe częstotliwości uszkodzeń łożysk
Filtr pasmowy wysokiej częstotliwości (2-40 kHz)
- Analiza obwiedni defektów łożyska
- Uderzenia o wysokiej częstotliwości
- Częstotliwości ultradźwiękowe
- Wzbudzenie rezonansowe łożyska
Filtry pasmowo-przepustowe to wszechstronne narzędzia do przetwarzania sygnałów, które umożliwiają precyzyjną analizę określonych zakresów częstotliwości, jednocześnie odrzucając niepożądane składowe o niskiej i wysokiej częstotliwości. Znajomość doboru i zastosowania filtrów pasmowo-przepustowych – szczególnie w analizie obwiedni i izolacji zakresów częstotliwości – jest niezbędna do zaawansowanej diagnostyki drgań i efektywnego pozyskiwania informacji diagnostycznych ze złożonych sygnatur drgań.
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 