Pochopenie zárezových filtrov
Definícia: Čo je to zárezový filter?
Zárezový filter (tiež nazývaný pásmový zádržný filter, pásmový potlačovací filter alebo frekvenčná pasca) je frekvenčne selektívny prvok spracovania signálu, ktorý silne tlmí vibrácie komponenty v úzkom frekvenčnom pásme, pričom všetky frekvencie mimo tohto pásma prechádzajú v podstate nezmenené. Zárezový filter je opakom pásmovej priepuste: namiesto toho, aby prepustil jedno pásmo a blokoval všetko ostatné, blokuje konkrétne pásmo a prepúšťa všetko ostatné.
Zárezové filtre sa používajú v analýza vibrácií na odstránenie dominantného rušenia (elektrický šum 60 Hz), elimináciu preťažujúcich vibračných zložiek (veľmi vysoká 1× nevyváženosť maskujúca iné signály) alebo potlačenie rezonancií, ktoré zakrývajú diagnostické informácie. Umožňujú “vidieť okolo” dominantných frekvencií a odhaliť slabšie, ale diagnosticky dôležité komponenty.
Charakteristiky filtra
Stredová (zárezová) frekvencia
- Frekvencia maximálneho útlmu
- Frekvencia je “vybraná”
- Naladené na špecifické rušenie alebo nežiaducu frekvenciu
- Útlm typicky 40-60 dB v strede
Šírka pásma zárezu
- Úzky zárez: Odmieta veľmi selektívny frekvenčný rozsah (vysoký Q)
- Široký zárez: Odmieta širšie frekvenčné pásmo (nízke Q)
- Faktor Q: Centrálna frekvencia / šírka pásma
- Typické: Q = 10-50 pre vibračné aplikácie
Hĺbka útlmu
- O koľko sa zníži frekvencia zárezu
- Typicky 40 – 60 dB (100 – 1 000-násobné zníženie)
- Filtre vyššieho rádu poskytujú hlbšie zárezy
- Minimálne ovplyvnené susedné frekvencie
Bežné aplikácie
1. Odstránenie elektrického rušenia
Eliminácia šumu z elektrického vedenia:
- 60 Hz zárez: Odstraňuje elektrický prenos s frekvenciou 60 Hz v Severnej Amerike
- 50 Hz zárez: Odstraňuje rušenie 50 Hz v Európe/Ázii
- Harmonické: Ďalšie zárezy pri 120/180/240 Hz alebo 100/150/200 Hz
- Výhoda: Čistejšie spektrum odhaľujúce mechanické vibrácie
- Upozornenie: Nepoužívajte, ak má 2× frekvencia siete (120/100 Hz) diagnostickú hodnotu.
2. Potlačenie dominantnej zložky
- Závažná nerovnováha: Vystrihnite ohromujúci 1×, aby ste videli ďalšie komponenty
- Sieťka pre vysoký prevodový stupeň: Odstráňte dominantný záber ozubených kolies, aby ste odhalili frekvencie ložísk
- Silná rezonancia: Potlačte štrukturálnu rezonanciu, aby ste videli excitáciu
- Účel: Zobraziť maskované diagnostické informácie
3. Eliminácia rezonancie senzora
- Odstráňte rezonančné artefakty pri montáži senzora
- Zárez na rezonančnej frekvencii montáže (líši sa v závislosti od spôsobu montáže)
- Zaisťuje, že merania predstavujú stroj, nie senzor
4. Vyhýbanie sa aliasingovým artefaktom
- Pred podvzorkovaním oddeľte špecifické vysoké frekvencie
- Zabraňuje aliasingu známych silných komponentov
- Dopĺňa anti-aliasingový low-pass filter
Úvahy o dizajne
Výber šírky zárezu
Úzky zárez (vysoký Q)
- Výhoda: Chirurgické odstránenie jednej frekvencie, minimálny vplyv na susedné
- Nevýhoda: Frekvencia musí byť presne známa a stabilná
- Príklad: 60,0 Hz ± 0,5 Hz zárez pre elektrické rušenie
Široký zárez (nízke Q)
- Výhoda: Zachytáva frekvenčné zmeny, menej kritické ladenie
- Nevýhoda: Môže ovplyvniť frekvencie, ktoré chcete ponechať
- Príklad: 1× ± 5 Hz na odstránenie nevyváženosti, ktorá sa mení s kolísaním rýchlosti
Kompromis medzi hĺbkou a šírkou
- Hlbšie zárezy (> 60 dB) často vyžadujú širšiu šírku pásma
- Veľmi úzke zárezy nemusia dosiahnuť hlboký útlm
- Optimalizujte na základe požiadaviek aplikácie
Výhody a obmedzenia
Výhody
- Odstraňuje dominantné rušivé frekvencie
- Odhaľuje maskované diagnostické komponenty
- Zlepšuje využitie dynamického rozsahu
- Umožňuje zamerať sa na slabšie, ale dôležité signály
Obmedzenia a upozornenia
- Odstraňuje informácie: Obsah so zárezovou frekvenciou sa natrvalo stratil
- Môže skryť problémy: Ak má vrubová frekvencia diagnostickú hodnotu, problém sa prehliada
- Fázové skreslenie: Zárezové filtre môžu významne ovplyvniť fázu v blízkosti zárezovej frekvencie
- Zvonenie: Ostré zárezy môžu vytvárať artefakty v časovej doméne
- Používajte opatrne: Mala by dopĺňať, nie nahrádzať nefiltrovanú analýzu
Najlepšie postupy
Kedy použiť zárezové filtre
- Známe rušenie (elektrický šum) zakrývajúce merania
- Dominantná zložka (závažná nevyváženosť) brániaca využitiu dynamického rozsahu
- Po nefiltrovanej analýze sa potvrdí, že vrubová frekvencia nie je diagnostická
- Odhaliť slabé signály pre podrobné preskúmanie
Kedy NEPOUŽÍVAŤ
- Rutinná skríningová merania (na všeobecnú diagnostiku použite nefiltrované)
- Keď má vrubová frekvencia diagnostickú hodnotu
- Bez najprvého pochopenia celého nefiltrovaného spektra
- Ako náhrada za opravu skutočného zdroja rušenia
Dokumentácia
- Vždy zdokumentujte použitie zárezového filtra
- Zaznamenajte frekvenciu zárezu a šírku pásma
- Uchovávajte nefiltrované údaje pre referenciu
- Poznámka k dôvodu filtrovania zárezom
Implementácia
Hardvérové zárezové filtre
- Pevná frekvencia (zvyčajne 50 alebo 60 Hz)
- Zapínanie/vypínanie podľa potreby
- Analógový obvod v prístroji
- Prevádzka v reálnom čase
Softvérové zárezové filtre
- Aplikované na digitalizované dáta
- Nastaviteľná stredová frekvencia a šírka pásma
- Možno testovať rôzne parametre zárezu
- Nedeštruktívne (zachovanie pôvodných údajov)
Zárezové filtre sú špecializované nástroje na spracovanie signálu, ktoré selektívne odstraňujú úzke frekvenčné pásma z vibračných signálov. Hoci sú účinné pri eliminácii rušenia a odhaľovaní maskovaných komponentov, zárezové filtre sa musia používať rozumne s plným pochopením toho, aké informácie sa vylučujú, aby sa zabezpečilo, že zárezové frekvencie neobsahujú dôležitý diagnostický obsah.
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 