O que é um filtro passa-baixa? Anti-aliasing e suavização • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que é um filtro passa-baixa? Anti-aliasing e suavização • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

O que é um filtro passa-baixa? Antisserrilhamento e suavização.

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Entendendo os Filtros Passa-Baixa

Definição: O que é um filtro passa-baixa?

Filtro passa-baixa (LPF) é um elemento de processamento de sinal seletivo em frequência que permite vibração Os componentes abaixo de uma frequência de corte especificada passam, enquanto os componentes acima da frequência de corte são atenuados (reduzidos ou bloqueados). análise de vibrações, Os filtros passa-baixa desempenham funções críticas, incluindo anti-aliasing (prevenção de frequências falsas em sistemas digitais), redução de ruído e isolamento de componentes de vibração de baixa frequência para análises focadas.

Os filtros passa-baixa são talvez os filtros mais comumente usados em instrumentação de vibração, presentes em todos os sistemas de digitalização como filtros anti-aliasing e disponíveis como ferramentas de análise para suavizar dados, remover ruídos de alta frequência e focar em fenômenos de baixa frequência.

Características do filtro

Frequência de corte (fc)

  • Definição: Frequência em que a resposta do filtro cai para -3 dB (amplitude de 70,7%)
  • Abaixo de fc (banda de passagem): As frequências passam com atenuação mínima.
  • Acima de fc (Banda de rejeição): Frequências progressivamente atenuadas
  • Banda de Transição: Região em torno de fc onde a atenuação aumenta

Ordem de filtragem e roll-off

  • 1ª Ordem: 6 dB/oitava (20 dB/década) – atenuação gradual
  • 2ª Ordem: 12 dB/oitava (40 dB/década) – moderado
  • 4ª Ordem: 24 dB/oitava (80 dB/década) – íngreme
  • 8ª Ordem: 48 dB/oitava (160 dB/década) – inclinação muito acentuada
  • Ordem superior: Transição mais nítida, melhor rejeição da banda de parada.

Tipos de resposta do filtro

  • Butterworth: Banda de passagem extremamente plana, sem ondulação.
  • Chebyshev: Corte mais preciso, permite ondulação na banda de passagem.
  • Bessel: Fase linear (distorção mínima da forma de onda)
  • Elíptico: Transição mais acentuada, ondulação em ambas as bandas.

Aplicações principais

1. Anti-Aliasing (Mais Crítico)

Impede frequências falsas em sistemas digitais:

  • Propósito: Frequências de bloco acima da frequência de Nyquist (metade da taxa de amostragem)
  • Exigência: Antes da conversão analógica-digital
  • Limite típico: 0,4-0,8 × (Taxa de amostragem / 2)
  • Inclinação: Normalmente, uma rejeição de aliasing de 8ª ordem ou superior é necessária para uma boa rejeição de aliasing.
  • Crítico: A supressão inadequada de aliasing cria picos espectrais falsos.

2. Redução de Ruído

  • Remover ruído elétrico de alta frequência
  • Filtrar ruído do cabo do sensor
  • Dados suavizados para tendências
  • Melhorar a relação sinal-ruído para componentes de baixa frequência

3. Limitação da faixa de frequência

  • A análise se concentra na faixa de frequência de interesse.
  • Exemplo: Análise de 0-100 Hz para máquinas de baixa velocidade
  • Remove conteúdo irrelevante de alta frequência
  • Reduz os requisitos de processamento e armazenamento de dados.

4. Preparação para a Integração

  • Antes de integrar a aceleração à velocidade
  • Remover frequências muito altas (ruído que seria amplificado)
  • Frequência de corte típica: 1000-5000 Hz, dependendo da aplicação.
  • Impede a amplificação de ruído na integração.

Selecionando a frequência de corte

Aplicações de Anti-Aliasing

  • Regra: fc = 0,4 × Taxa de Amostragem (conservador) a 0,8 × Taxa de Amostragem (agressivo)
  • Exemplo: Taxa de amostragem de 10 kHz → fc = 4000 Hz
  • Critério: Atenuação da banda de rejeição > 60 dB na frequência de Nyquist

Aplicações Analíticas

  • Defina fc um pouco acima da frequência mais alta de interesse.
  • Para análise de baixa frequência (0-200 Hz): fc = 200-300 Hz
  • Somente para desequilíbrio (1×): fc = 5-10× velocidade de corrida
  • Deixe uma margem para a banda de transição do filtro.

Redução de ruído

  • Identificar a faixa de frequência do ruído a partir do espectro.
  • Configure o fc para permitir a passagem de frequências de sinal e rejeitar frequências de ruído.
  • Equilíbrio entre remoção de ruído e preservação do sinal

Efeitos nas medições

Domínio da Amplitude

  • Faixa de passagem: mudança mínima de amplitude (< 0,5 dB tipicamente)
  • Banda de parada: Forte atenuação (40-80 dB ou mais)
  • Nível geral: Reduz a vibração geral na presença de altas frequências.

Domínio do tempo

  • Forma de onda suavizada (variações de alta frequência removidas)
  • Bordas afiadas ou pontas arredondadas
  • A resposta transitória (oscilação do filtro) pode afetar o formato da onda.
  • A distorção de fase pode afetar a interpretação da forma de onda.

Domínio de frequência

  • O espectro mostra amplitudes reduzidas acima do limite de corte.
  • Os picos de alta frequência diminuíram ou foram eliminados.
  • O nível de ruído era reduzido se o ruído fosse de alta frequência.

Problemas e soluções comuns

Antisserrilhamento inadequado

  • Sintoma: Picos falsos de baixa frequência em espectro
  • Causa: Altas frequências dobrando abaixo de Nyquist
  • Solução: Use um filtro mais íngreme, aumente a taxa de amostragem e verifique o funcionamento do filtro.

Limite muito baixo

  • Sintoma: Sinais válidos de alta frequência atenuados
  • Exemplo: Frequências de rolamento reduzidas por LPF excessivamente agressivo
  • Solução: Aumente a frequência de corte e use uma inclinação de filtro mais suave.

Artefatos de filtro

  • Toque: Oscilações no domínio do tempo devido ao corte abrupto do filtro
  • Distorção de fase: Alterações no formato da onda devido a mudanças de fase
  • Solução: Utilize o filtro de Bessel para aplicações de forma de onda crítica.

Filtros Complementares

Filtro passa-baixa vs. Filtro passa-alta

  • Filtro passa-baixa: Deixa passar frequências baixas, bloqueia as altas.
  • Filtro passa-alta: Deixa passar altas frequências, bloqueia baixas.
  • Complementar: Usados em conjunto para filtragem passa-banda.

Filtro passa-banda

  • Combinação: HPF + LPF
  • Permite a passagem apenas de frequências na banda especificada.
  • Rejeita tanto faixas abaixo quanto acima da banda.
  • Essencial para análise de envelope

Os filtros passa-baixa são componentes fundamentais em sistemas de medição de vibração, desempenhando funções essenciais que vão desde a proteção contra aliasing até a redução de ruído e a seleção da faixa de frequência. Compreender o funcionamento dos filtros passa-baixa, a seleção adequada da frequência de corte e seus efeitos nos sinais medidos é crucial para uma análise precisa de vibrações e para evitar artefatos de medição em sistemas de aquisição de dados digitais.

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