Entendendo os Filtros Passa-Banda
Definição: O que é um filtro passa-banda?
Filtro passa-banda (BPF) é um elemento de processamento de sinal seletivo em frequência que permite vibração Um filtro passa-banda permite a passagem de componentes dentro de uma faixa de frequência específica, atenuando os componentes abaixo e acima dessa faixa. Ele combina as características de um filtro passa-alta (que bloqueia as baixas frequências) e de um filtro passa-baixa (que bloqueia as altas frequências) para criar uma "janela" que permite a passagem apenas de uma faixa de frequência intermediária selecionada. Os filtros passa-banda são definidos por sua frequência central, largura de banda e ordem/inclinação do filtro.
Na análise de vibrações, os filtros passa-banda são essenciais para análise de envelope (isolamento das frequências de impacto dos rolamentos), diagnósticos focados (exame de faixas de frequência específicas) e eliminação de vibrações indesejadas fora da faixa de frequência de interesse para melhorar a relação sinal-ruído e a clareza da medição.
Parâmetros do filtro
Frequência central (f0)
- Meio da faixa de passagem
- Frequência de resposta máxima do filtro
- Selecionado com base no conteúdo de frequência de interesse.
- Normalmente, a frequência escolhida corresponde à frequência de ressonância ou de falha.
Largura de banda (BW)
- Definição: Faixa de frequência entre os pontos de -3 dB (f_high – f_low)
- Banda estreita: P&B < 10% de frequência central (altamente seletivo)
- Banda larga: BW > 50% da frequência central (menos seletivo)
- Fator Q: Q = f0 / BW (quanto maior o Q, mais estreito e mais seletivo)
Características do filtro
- Limite inferior (f_low): Frequência em que a inclinação inferior atinge -3 dB
- Limite superior de corte (f_high): Frequência em que a inclinação superior atinge -3 dB
- Fator de forma: Relação entre a largura da banda de rejeição e a largura da banda de passagem (medida de seletividade)
Aplicações na Análise de Vibração
1. Análise de Envoltória (Aplicação Principal)
Primeiro passo crucial na detecção de defeitos em rolamentos:
- Seleção da banda: 500 Hz – 10 kHz ou 1 kHz – 20 kHz típico
- Propósito: Isolar ressonâncias de alta frequência em rolamentos excitadas por impactos.
- Processo: BPF → detecção de envelope → FFT do envelope
- Resultado: Aprimorado frequências de falhas em rolamentos claramente visível
2. Análise da Banda de Ressonância
- Filtrar em torno da frequência de ressonância estrutural ou do rolamento
- Isolar a energia em ressonância de outras frequências
- Avaliar a excitação e a resposta em um modo específico.
- Útil para solucionar problemas de ressonância
3. Isolamento de faixa de frequência
- Foque na faixa de frequência diagnóstica específica
- Exemplo: 10-100 Hz para análise de baixa frequência
- Remove a deriva de baixa frequência e o ruído de alta frequência.
- Melhora a clareza das frequências de interesse.
4. Isolamento da malha da engrenagem
- BPF centrado na frequência de engrenamento da engrenagem
- Transmite frequência de malha e bandas laterais
- Bloqueia outros estágios de engrenagem e frequências de rolamento.
- Permite uma análise de engrenagens focada.
Projeto de filtro passa-banda
Filtros passa-baixa e passa-alta em cascata
Implementação mais comum:
- O filtro passa-alta bloqueia frequências abaixo de f_low.
- O filtro passa-baixa bloqueia frequências acima de f_high
- A combinação em série cria um filtro passa-banda.
- Cada filtro contribui para a seletividade total.
Projeto de passa-banda direto
- Otimizado como filtro único em vez de em cascata.
- Mais complexo, mas pode alcançar características melhores.
- Utilizado em aplicações especializadas
Considerações práticas
Compensações na seleção da largura de banda
Largura de banda estreita
- Vantagens: Melhor seletividade, maior rejeição de frequências adjacentes
- Desvantagens: Pode não detectar variações de frequência, requer ajuste preciso.
- Usar: Quando a frequência exata é conhecida e estável.
Ampla largura de banda
- Vantagens: Captura variações de frequência, ajuste menos crítico
- Desvantagens: Menor rejeição de frequências indesejadas próximas
- Usar: Quando a frequência varia ou é necessário um intervalo de frequências.
Para análise de envelope
- Bandas típicas: 500-2000 Hz, 1000-5000 Hz, 5000-20000 Hz
- Seleção: Escolha uma banda com boa excitação de ressonância de rolamento.
- Verificar: Verifique o espectro de aceleração bruto para identificar a ressonância.
- Otimizar: Ajuste para maximizar o sinal de defeito do rolamento.
Efeitos de filtro em sinais
Efeitos de forma de onda temporal
- A forma de onda filtrada mostra apenas as frequências na banda de passagem.
- Aparece como portadora modulada (se for de banda estreita)
- Remove variações de baixa frequência e ruídos de alta frequência.
- Pode simplificar a interpretação da forma de onda.
Efeitos de espectro
- Amplitudes da banda de passagem preservadas
- Amplitudes da banda de rejeição reduzidas (típicas entre 40 e 80 dB)
- Espectro mais limpo com foco na banda de interesse
- O nível de ruído é reduzido se o ruído estiver fora da faixa de passagem.
Filtros passa-banda digitais versus analógicos
Filtros analógicos
- Implementação de hardware no caminho do sinal
- Operação em tempo real
- Características fixas uma vez projetadas
- Utilizado em anti-aliasing e condicionamento de sinal.
Filtros digitais
- Processamento de software após a digitalização
- Parâmetros ajustáveis
- Pode ser aplicado/removido após a coleta.
- Os analisadores modernos oferecem diversas opções digitais de filtro passa-banda.
Aplicações comuns por faixa de frequência
Filtro passa-banda de baixa frequência (10-200 Hz)
- Análise de desequilíbrio e desalinhamento
- Monitoramento de máquinas de baixa velocidade
- Vibração estrutural e de fundação
Filtro passa-banda de média frequência (200-2000 Hz)
- Frequências de malha de engrenagens
- frequências de passagem da lâmina/pá
- Frequências de falhas em rolamentos mais baixas
Filtro passa-banda de alta frequência (2-40 kHz)
- Análise do envelope de defeitos de rolamentos
- Impactos de alta frequência
- Frequências ultrassônicas
- excitação de ressonância do rolamento
Os filtros passa-banda são ferramentas versáteis de processamento de sinais que permitem a análise focada de faixas de frequência específicas, rejeitando componentes indesejados de baixa e alta frequência. Dominar a seleção e a aplicação de filtros passa-banda — particularmente para análise de envelope e isolamento de faixas de frequência — é essencial para diagnósticos avançados de vibração e extração eficaz de informações diagnósticas a partir de assinaturas de vibração complexas.
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 