Înțelegerea filtrelor trece-bandă
Definiție: Ce este un filtru trece-bandă?
Filtru trece-bandă (BPF) este un element de procesare a semnalului selectiv în frecvență care permite vibrații componentele dintr-o bandă de frecvență specificată să treacă, atenuând în același timp componentele atât sub, cât și peste acea bandă. Acesta combină caracteristicile unui filtru trece-sus (care blochează frecvențele joase) și ale unui filtru trece-jos (care blochează frecvențele înalte) pentru a crea o “fereastră” care lasă trece doar un interval de frecvențe medii selectat. Filtrele trece-bandă sunt definite prin frecvența lor centrală, lățimea de bandă și ordinea/panta filtrului.
În analiza vibrațiilor, filtrele trece-bandă sunt esențiale pentru analiza anvelopei (izolarea frecvențelor de impact ale rulmenților), diagnosticare concentrată (examinarea unor intervale de frecvență specifice) și eliminarea vibrațiilor nedorite în afara benzii de frecvență de interes pentru a îmbunătăți raportul semnal-zgomot și claritatea măsurătorilor.
Parametri de filtrare
Frecvența centrală (f0)
- Mijlocul benzii de trecere
- Frecvența răspunsului maxim al filtrului
- Selectate pe baza conținutului de frecvență de interes
- De obicei, aleasă pentru a se potrivi cu rezonanța sau frecvența defectului
Lățime de bandă (LB)
- Definiţie: Interval de frecvență între punctele de -3 dB (f_high – f_low)
- Bandă îngustă: Alb-negru < 10% frecvență centrală (foarte selectiv)
- Bandă largă: Lățime de bandă > 50% în frecvența centrală (mai puțin selectiv)
- Factorul Q: Q = f0 / lățime de bandă (Q mai mare = mai îngust, mai selectiv)
Caracteristicile filtrului
- Limită inferioară de debit (debit): Frecvența la care panta inferioară atinge -3 dB
- Limită superioară (f_high): Frecvența la care panta superioară atinge -3 dB
- Factor de formă: Raportul dintre lățimile benzii de oprire și cele ale benzii de trecere (măsura selectivității)
Aplicații în analiza vibrațiilor
1. Analiza anvelopei (aplicație principală)
Primul pas critic în detectarea defectelor lagărelor:
- Selecția trupei: 500 Hz – 10 kHz sau 1 kHz – 20 kHz tipic
- Scop: Izolați rezonanțele de înaltă frecvență ale rulmenților excitate de impacturi
- Proces: BPF → detectarea anvelopei → FFT plic
- Rezultat: Îmbunătățit frecvențele defectelor lagărelor clar vizibil
2. Analiza benzii de rezonanță
- Filtrare în funcție de frecvența de rezonanță structurală sau a rulmenților
- Izolează energia la rezonanță de alte frecvențe
- Evaluează excitația și răspunsul la un mod specific
- Util pentru depanarea rezonanței
3. Izolarea intervalului de frecvență
- Concentrare pe intervalul specific de frecvență de diagnostic
- Exemplu: 10-100 Hz pentru analiza de joasă frecvență
- Elimină deviația de joasă frecvență și zgomotul de înaltă frecvență
- Îmbunătățește claritatea frecvențelor de interes
4. Izolarea plasei angrenajului
- BPF centrat la frecvența de încadrare a roților dințate
- Transmite frecvența plasei și benzile laterale
- Blochează alte trepte de transmisie și frecvențe ale rulmenților
- Permite analiza concentrată a angrenajelor
Proiectarea filtrului trece-bandă
Cascadă Low-Pass și High-Pass
Cea mai comună implementare:
- Filtrul trece-sus blochează frecvențele sub debit scăzut
- Filtrul trece-jos blochează frecvențele peste f_high
- Combinarea în serie creează bandă trece-bandă
- Fiecare filtru contribuie la selectivitatea totală
Design cu bandă directă trecetoare
- Optimizat ca filtru unic, nu în cascadă
- Mai complex, dar poate obține caracteristici mai bune
- Utilizat în aplicații specializate
Considerații practice
Compromisuri în selecția lățimii de bandă
Lățime de bandă îngustă
- Avantaje: Selectivitate mai bună, respingere mai puternică a frecvențelor adiacente
- Dezavantaje: Poate omite variații de frecvență, necesită o reglare precisă
- Utilizare: Când frecvența exactă este cunoscută și stabilă
Lățime de bandă largă
- Avantaje: Capturează variațiile de frecvență, acordare mai puțin critică
- Dezavantaje: Mai puțină respingere a frecvențelor nedorite din apropiere
- Utilizare: Când frecvența sau intervalul de frecvențe este necesar variază
Pentru analiza anvelopei
- Benzi tipice: 500-2000 Hz, 1000-5000 Hz, 5000-20000 Hz
- Selecţie: Alegeți o bandă cu o excitație bună la rezonanța lagărului
- Verifica: Verificați spectrul de accelerație brut pentru a identifica rezonanța
- Optimizați: Reglați pentru a maximiza semnalul de defect al rulmentului
Efecte de filtru asupra semnalelor
Efecte de formă de undă temporală
- Forma de undă filtrată afișează doar frecvențele din banda de trecere
- Apare ca purtătoare modulată (dacă este în bandă îngustă)
- Elimină variațiile de joasă frecvență și zgomotul de înaltă frecvență
- Poate simplifica interpretarea formelor de undă
Efecte spectrale
- Amplitudinile benzii de trecere au fost păstrate
- Amplitudini reduse ale benzii de oprire (40-80 dB tipic)
- Spectru mai curat, concentrându-se pe banda de interes
- Nivel de zgomot redus dacă zgomotul este în afara benzii de trecere
Filtre trece-bandă digitale vs. analogice
Filtre analogice
- Implementare hardware pe calea semnalului
- Funcționare în timp real
- Caracteristici fixe odată proiectate
- Utilizat în anti-aliasing și condiționarea semnalului
Filtre digitale
- Prelucrarea software-ului după digitalizare
- Parametri reglabili
- Poate fi aplicat/îndepărtat după colectare
- Analizoarele moderne oferă opțiuni digitale extinse de BPF
Aplicații comune după intervalul de frecvență
Bandă trece-bandă de joasă frecvență (10-200 Hz)
- Analiza dezechilibrului și a nealinierii
- Monitorizarea mașinilor cu viteză redusă
- Vibrații structurale și ale fundației
Bandă de trecere a frecvenței medii (200-2000 Hz)
- Frecvențele de încadrare a angrenajului
- Frecvențele de trecere ale palei/paletelor
- Frecvențe mai mici de defecțiuni ale rulmenților
Bandă trece-bandă de înaltă frecvență (2-40 kHz)
- Analiza anvelopei defectelor rulmentului
- Impacturi de înaltă frecvență
- Frecvențe ultrasonice
- Excitație de rezonanță a rulmentului
Filtrele trece-bandă sunt instrumente versatile de procesare a semnalelor care permit analiza concentrată a unor intervale de frecvență specifice, respingând în același timp componentele nedorite de joasă și înaltă frecvență. Stăpânirea selecției și aplicării filtrelor trece-bandă - în special pentru analiza anvelopei și izolarea intervalului de frecvență - este esențială pentru diagnosticarea avansată a vibrațiilor și extragerea eficientă a informațiilor de diagnosticare din semnăturile vibraționale complexe.
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 