Compreendendo os filtros Notch
Definição: O que é um filtro Notch?
Filtro de entalhe (também chamado de filtro de parada de banda, filtro de rejeição de banda ou armadilha de frequência) é um elemento de processamento de sinal seletivo de frequência que atenua fortemente vibração componentes dentro de uma faixa de frequência estreita, permitindo que todas as frequências fora dessa faixa passem essencialmente inalteradas. Um filtro de entalhe é o oposto de um filtro passa-faixa: em vez de passar uma faixa e bloquear todo o resto, ele bloqueia uma faixa específica e deixa passar todo o resto.
Os filtros Notch são usados em análise de vibração para remover interferência dominante (ruído elétrico de 60 Hz), eliminar componentes de vibração avassaladores (desequilíbrio 1x muito alto mascarando outros sinais) ou suprimir ressonâncias que obscurecem informações diagnósticas. Eles permitem "ver ao redor" das frequências dominantes para revelar componentes mais fracos, mas importantes para o diagnóstico.
Características do filtro
Frequência central (entalhe)
- Frequência de atenuação máxima
- A frequência sendo “entalhada”
- Sintonizado para interferência específica ou frequência indesejada
- Atenuação tipicamente 40-60 dB no centro
Largura de banda do entalhe
- Entalhe estreito: Rejeita faixa de frequência muito seletiva (Q alto)
- Entalhe largo: Rejeita banda de frequência mais ampla (baixo Q)
- Fator Q: Frequência Central / Largura de Banda
- Típico: Q = 10-50 para aplicações de vibração
Profundidade de atenuação
- Quanto a frequência do entalhe é reduzida
- Normalmente 40-60 dB (redução de 100-1000×)
- Filtros de ordem superior fornecem entalhes mais profundos
- Frequências adjacentes minimamente afetadas
Aplicações comuns
1. Remoção de interferência elétrica
Eliminando o ruído da linha de energia:
- Entalhe de 60 Hz: Remove a captação elétrica de 60 Hz na América do Norte
- Entalhe de 50 Hz: Remove interferência de 50 Hz na Europa/Ásia
- Harmônicos: Entalhes adicionais em 120/180/240 Hz ou 100/150/200 Hz
- Beneficiar: Espectro mais limpo revelando vibração mecânica
- Cuidado: Não use se a frequência de linha 2× (120/100 Hz) tiver valor de diagnóstico
2. Supressão de Componentes Dominantes
- Desequilíbrio severo: Corte o excesso de 1× para ver outros componentes
- Malha de alta engrenagem: Remova a malha de engrenagens dominante para revelar as frequências de rolamento
- Ressonância forte: Suprimir a ressonância estrutural para ver a excitação
- Propósito: Revelar informações de diagnóstico mascaradas
3. Eliminação da ressonância do sensor
- Remover artefatos de ressonância de montagem do sensor
- Entalhe na frequência de ressonância de montagem (varia com o método de montagem)
- Garante que as medições representam a máquina, não o sensor
4. Evitando artefatos de aliasing
- Elimine frequências altas específicas antes da redução da amostragem
- Evita o aliasing de componentes fortes conhecidos
- Complementa o filtro passa-baixa anti-aliasing
Considerações de design
Seleção de largura de entalhe
Entalhe estreito (Q alto)
- Vantagem: Remoção cirúrgica de frequência única, efeito mínimo nas adjacentes
- Desvantagem: A frequência deve ser conhecida com precisão e estável
- Exemplo: Entalhe de 60,0 Hz ± 0,5 Hz para interferência elétrica
Entalhe largo (baixo Q)
- Vantagem: Captura variações de frequência, ajuste menos crítico
- Desvantagem: Pode afetar as frequências que você deseja manter
- Exemplo: 1× ± 5 Hz para remover o desequilíbrio que varia com as flutuações de velocidade
Compensação entre profundidade e largura
- Entalhes mais profundos (> 60 dB) geralmente requerem largura de banda mais ampla
- Entalhes muito estreitos podem não atingir atenuação profunda
- Otimizar com base nos requisitos do aplicativo
Vantagens e Limitações
Vantagens
- Remove frequências interferentes dominantes
- Revela componentes de diagnóstico mascarados
- Melhora o uso da faixa dinâmica
- Permite focar em sinais mais fracos, mas importantes
Limitações e Cuidados
- Remove informações: Conteúdo de frequência entalhada perdido permanentemente
- Pode ocultar problemas: Se a frequência entalhada tiver valor diagnóstico, o problema não foi detectado
- Distorção de fase: Os filtros de entalhe podem afetar significativamente a fase próxima à frequência do entalhe
- Toque: Entalhes acentuados podem criar artefatos no domínio do tempo
- Use com cautela: Deve complementar, e não substituir, a análise não filtrada
Melhores Práticas
Quando usar filtros Notch
- Interferência conhecida (ruído elétrico) obscurecendo as medições
- Componente dominante (desequilíbrio severo) impedindo a utilização da faixa dinâmica
- Após análise não filtrada confirma frequência entalhada não diagnóstica
- Para revelar sinais fracos para exame detalhado
Quando NÃO usar
- Medições de triagem de rotina (use sem filtro para diagnósticos gerais)
- Quando a frequência entalhada tem valor diagnóstico
- Sem primeiro entender o espectro completo não filtrado
- Como substituto para a fixação da fonte de interferência real
Documentação
- Sempre documente quando o filtro de entalhe for usado
- Frequência de entalhe e largura de banda de registro
- Manter dados não filtrados para referência
- Observe o motivo da filtragem de entalhe
Implementação
Filtros de entalhe de hardware
- Frequência fixa (tipicamente 50 ou 60 Hz)
- Ligado/desligado conforme necessário
- Circuito analógico em instrumento
- Operação em tempo real
Filtros Notch de Software
- Aplicado a dados digitalizados
- Frequência central e largura de banda ajustáveis
- Pode testar diferentes parâmetros de entalhe
- Não destrutivo (dados originais preservados)
Filtros de entalhe são ferramentas especializadas em processamento de sinais que removem seletivamente faixas de frequência estreitas de sinais de vibração. Embora eficazes na eliminação de interferências e na revelação de componentes mascarados, os filtros de entalhe devem ser usados criteriosamente, com total compreensão das informações que estão sendo descartadas, garantindo que as frequências entalhadas não contenham conteúdo diagnóstico importante.
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