Înțelegerea filtrelor trece-sus
Definiție: Ce este un filtru trece-sus?
Filtru trece-sus (HPF) este un element de procesare a semnalului selectiv în frecvență care permite vibrații componentelor peste o frecvență de tăiere specificată să treacă, în timp ce atenuează (reduc) componentele sub frecvența de tăiere. În analiza vibrațiilor, filtrele trece-sus sunt utilizate pentru a elimina vibrațiile de joasă frecvență (de la dezechilibra, nealiniere) și se concentrează pe conținut de înaltă frecvență (de la defecte ale rulmentului, angrenajul angrenajului, frecvențele electrice) sau pentru a elimina efectele de rezonanță ale montării senzorului și decalajele de curent continuu.
Filtrele trece-sus sunt componente fundamentale în analiza anvelopei, sisteme anti-aliasing și condiționare a semnalelor, permițând extragerea informațiilor de diagnostic din intervale de frecvență specifice, respingând în același timp componentele nedorite de joasă frecvență care ar putea masca sau copleși semnalele de interes.
Caracteristicile filtrului
Frecvență de tăiere (fc)
- Definiţie: Frecvența la care răspunsul filtrului scade la -3 dB (70,7% din amplitudinea benzii de trecere)
- Sub fc: Frecvențe atenuate progresiv
- Mai sus de fc: Frecvențele trec cu atenuare minimă
- Selecţie: Alegeți fc în funcție de aplicație și de frecvența conținutului de interes
Panta filtrului (rata de atenuare)
- Rata de atenuare sub frecvența de tăiere
- Exprimat în dB pe octavă sau dB pe decadă
- Prima comandă: 6 dB/octavă (20 dB/decadă) – pantă ușoară
- A doua comandă: 12 dB/octavă (40 dB/decadă) – pantă moderată
- Ordinul 4: 24 dB/octavă (80 dB/decadă) – pantă abruptă
- Ordin superior: Tranziție mai clară, respingere mai bună, dar mai complexă
Tipuri de filtre
- Butterworth: Răspuns în bandă de trecere maxim plat
- Cebîșev: Tăiere mai clară, dar cu ondulații în banda de trecere
- Bessel: Cele mai bune caracteristici în domeniul timpului (distorsiune minimă de fază)
- Eliptic: Tranziție cea mai abruptă, dar ondulații atât în banda de trecere, cât și în banda de oprire
Aplicații în analiza vibrațiilor
1. Detectarea defectelor la rulmenți
Cea mai comună aplicație:
- A tăia calea: De obicei 500-2000 Hz
- Scop: Eliminați vibrațiile de dezechilibru și de nealiniere de joasă frecvență
- Rezultat: Concentrare pe semnalele de impact de înaltă frecvență ale rulmenților
- Utilizare: Prima etapă în procesarea analizei anvelopei
2. Integrare pentru Viteză/Deplasare
- La integrarea accelerației cu viteza sau deplasarea
- HPF la 2-10 Hz elimină offset-ul de curent continuu și frecvențele foarte joase
- Previne erorile de integrare și deviația
- Esențial pentru integrarea precisă a frecvențelor joase
3. Eliminarea rezonanței de montare a senzorului
- Rezonanța de montare a accelerometrului (de obicei 3-10 kHz pentru montare magnetică)
- HPF elimină acest artefact de rezonanță
- Asigură că măsurătorile reprezintă vibrațiile mașinii, nu efectele senzorilor
4. Îndepărtarea offset-ului de curent continuu
- HPF cu cutoff foarte scăzut (0,5-2 Hz) elimină componenta de curent continuu
- Necesar pentru procesarea corectă a semnalului
- Previne erorile FFT și deviația integrării
Implementare practică
Filtre analogice vs. digitale
Filtre analogice trece-sus
- Circuite hardware în condiționarea semnalelor
- Funcționare în timp real
- Anti-aliasing și condiționare senzorială
- Caracteristici fixe odată proiectate
Filtre digitale trece-sus
- Postprocesare bazată pe software
- Cutoff reglabil și ordine de filtrare
- Poate fi aplicat/eliminat după colectarea datelor
- Analizoarele moderne oferă mai multe opțiuni de filtrare
Selectarea frecvenței de tăiere
Pentru analiza rulmenților
- Setați FC sub cea mai mică frecvență de defecțiuni ale rulmentului
- Tipic: tăiere 500-1000 Hz
- Îndepărtează plasa angrenajului 1×, 2× etc.
- Trece la frecvențe de defecte ale rulmenților (de obicei 50-500 Hz) și modulația lor de înaltă frecvență
Pentru integrare
- Setați fc la 2-5× cea mai mică frecvență de interes
- Prea scăzut: permite deviația
- Prea mare: atenuează componentele valide de joasă frecvență
- Tipic: 2-10 Hz pentru integrare generală
Efecte asupra măsurătorilor
Efecte de amplitudine
- Frecvențe sub prag reduse în amplitudine
- Frecvențele foarte joase sunt practic eliminate
- Frecvențele mult peste pragul de tăiere nu sunt afectate
- Regiunea de tranziție prezintă o reducere treptată
Efecte de fază
- Filtrele introduc fază schimbare
- Defazaj dependent de frecvență
- Poate afecta forma formei de undă în domeniul timpului
- Filtrele Bessel minimizează distorsiunea de fază
Efecte de formă de undă
- Elimină variațiile de bază de joasă frecvență
- Centrează forma de undă în jurul valorii de zero
- Poate schimba caracterul aparent al formei de undă
- Important este să înțelegeți filtrarea atunci când interpretați formele de undă
Combinat cu alte filtre
Trece-sus + Trece-jos = Trece-bandă
- HPF blochează frecvențele joase
- LPF blochează frecvențele înalte
- Combinația trece doar banda din mijloc
- Creează un filtru trece-bandă pentru un interval de frecvență specific
High-Pass în procesarea în mai multe etape
- Anti-aliasing (trece-jos) înainte de digitalizare
- Trecere înaltă pentru îndepărtarea curentului continuu
- Bandă trecere pentru analiza anvelopei
- Filtrare secvențială pentru condiționarea complexă a semnalelor
Filtrele trece-sus sunt instrumente esențiale de procesare a semnalului în analiza vibrațiilor, permițând izolarea informațiilor de diagnostic de înaltă frecvență prin eliminarea componentelor dominante de joasă frecvență. Înțelegerea caracteristicilor filtrului trece-sus - frecvența de tăiere, ordinea filtrelor și efectele asupra amplitudinii și fazei - este crucială pentru o aplicare corectă în analiza rulmenților, integrarea semnalelor și orice analiză care necesită măsurători selective în frecvență.
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 