Razumevanje pasovno prepustnih filtrov
Definicija: Kaj je pasovno prepustni filter?
Pasovno prepustni filter (BPF) je frekvenčno selektiven element za obdelavo signalov, ki omogoča vibracije komponente znotraj določenega frekvenčnega pasu, ki jih je treba prepustiti, hkrati pa slabi komponente pod in nad tem pasom. Združuje značilnosti visokoprepustnega filtra (blokiranje nizkih frekvenc) in nizkoprepustnega filtra (blokiranje visokih frekvenc), da ustvari “okno”, ki prepušča le izbrano srednjefrekvenčno območje. Pasovno prepustni filtri so opredeljeni z njihovo srednjo frekvenco, pasovno širino in vrstnim redom/strmino filtra.
Pri analizi vibracij so pasovno prepustni filtri bistveni za analiza ovojnice (izoliranje udarnih frekvenc ležajev), osredotočena diagnostika (preučevanje specifičnih frekvenčnih območij) in odpravljanje neželenih vibracij zunaj frekvenčnega pasu, ki nas zanima, za izboljšanje razmerja signal/šum ter jasnosti meritev.
Parametri filtra
Srednja frekvenca (f0)
- Sredina prepustnega pasu
- Frekvenca maksimalnega odziva filtra
- Izbrano na podlagi frekvenčne vsebine, ki vas zanima
- Običajno izbrano tako, da ustreza resonančni ali okvarni frekvenci
Pasovna širina (BW)
- Definicija: Frekvenčno območje med točkami -3 dB (f_high – f_low)
- Ozek pas: Črna berba < 10% osrednje frekvence (zelo selektivno)
- Širok pas: BW > 50% osrednje frekvence (manj selektivno)
- Faktor Q: Q = f0 / BW (višji Q = ožji, bolj selektiven)
Značilnosti filtra
- Spodnja meja (f_low): Frekvenca, kjer spodnji naklon doseže -3 dB
- Zgornja meja (f_high): Frekvenca, kjer zgornji naklon doseže -3 dB
- Faktor oblike: Razmerje med širino zapornega in prepustnega pasu (mera selektivnosti)
Uporaba v analizi vibracij
1. Analiza ovojnice (primarna uporaba)
Ključni prvi korak pri odkrivanju napak ležajev:
- Izbira pasu: 500 Hz – 10 kHz ali 1 kHz – 20 kHz tipično
- Namen: Izolirajte visokofrekvenčne resonance ležajev, ki jih vzbujajo udarci
- Postopek: BPF → zaznavanje ovojnice → Hitra pretvorba (FFT) ovojnice
- Rezultat: Izboljšano frekvence napak ležajev jasno vidno
2. Analiza resonančnega pasu
- Filter okoli strukturne ali ležajne resonančne frekvence
- Izolirajte energijo pri resonanci od drugih frekvenc
- Ocenite vzbujanje in odziv v določenem načinu
- Uporabno za odpravljanje težav z resonanco
3. Izolacija frekvenčnega območja
- Osredotočenost na specifično diagnostično frekvenčno območje
- Primer: 10–100 Hz za nizkofrekvenčno analizo
- Odstranjuje nizkofrekvenčni drift in visokofrekvenčni šum
- Izboljša jasnost za frekvence, ki vas zanimajo
4. Izolacija zobniške mreže
- BPF centriran na frekvenci zobniškega zatikanja
- Prenaša mrežno frekvenco in stranske pasove
- Blokira druge stopnje zobnikov in frekvence ležajev
- Omogoča osredotočeno analizo prestav
Zasnova pasovno prepustnega filtra
Kaskadni nizkoprepustni in visokoprepustni
Najpogostejša izvedba:
- Visokoprepustni filter blokira frekvence pod f_low
- Nizkopasovni filter blokira frekvence nad f_high
- Serijska kombinacija ustvarja pasovni prehod
- Vsak filter prispeva k popolni selektivnosti
Neposredna pasovna prepustnost
- Optimizirano kot en sam filter namesto kaskade
- Bolj zapleteno, vendar lahko doseže boljše lastnosti
- Uporablja se v specializiranih aplikacijah
Praktični vidiki
Kompromisi pri izbiri pasovne širine
Ozka pasovna širina
- Prednosti: Boljša selektivnost, močnejše zavračanje sosednjih frekvenc
- Slabosti: Lahko spregleda frekvenčne spremembe, zahteva natančno uglaševanje
- Uporaba: Ko je natančna frekvenca znana in stabilna
Široka pasovna širina
- Prednosti: Zajame frekvenčne spremembe, manj kritično uglaševanje
- Slabosti: Manj zavrnitve bližnjih neželenih frekvenc
- Uporaba: Ko se frekvenca spreminja ali je potreben razpon frekvenc
Za analizo ovojnice
- Tipični pasovi: 500-2000 Hz, 1000-5000 Hz, 5000-20000 Hz
- Izbor: Izberite pas z dobrim vzbujanjem resonance ležaja
- Preverite: Preverite surovi spekter pospeška za identifikacijo resonance
- Optimiziraj: Prilagodite za maksimiranje signala o okvari ležaja
Učinki filtrov na signale
Učinki časovne valovne oblike
- Filtrirana valovna oblika prikazuje samo frekvence v prepustnem pasu
- Pojavi se kot modulirani nosilec (če je ozkopasovni)
- Odstranjuje nizkofrekvenčne spremembe in visokofrekvenčni šum
- Lahko poenostavi interpretacijo valovnih valov
Spektralni učinki
- Ohranjene amplitude prepustnega pasu
- Zmanjšane amplitude zapornega pasu (tipično 40–80 dB)
- Čistejši spekter s poudarkom na pasu, ki ga zanima
- Prag šuma se zniža, če je šum zunaj prepustnega pasu
Digitalni v primerjavi z analognimi pasovno prepustnimi filtri
Analogni filtri
- Strojna izvedba v signalni poti
- Delovanje v realnem času
- Fiksne značilnosti, ko so enkrat zasnovane
- Uporablja se pri anti-aliasingu in obdelavi signalov
Digitalni filtri
- Obdelava programske opreme po digitalizaciji
- Nastavljivi parametri
- Lahko se uporabi/odstrani po prevzemu
- Sodobni analizatorji ponujajo obsežne možnosti digitalnega BPF-ja.
Pogoste uporabe glede na frekvenčni razpon
Nizkofrekvenčni pasovni prepust (10–200 Hz)
- Analiza neuravnoteženosti in neusklajenosti
- Spremljanje strojev z nizko hitrostjo
- Vibracije temeljev in konstrukcij
Srednjefrekvenčni pasovni prepust (200–2000 Hz)
- Frekvence zobniškega zatikanja
- Frekvence prehoda lopatic/krilc
- Nižje frekvence okvar ležajev
Visokofrekvenčni pasovni prepust (2–40 kHz)
- Analiza ovojnice napak ležaja
- Visokofrekostni vplivi
- Ultrazvočne frekvence
- Vzbujanje resonance ležaja
Pasovno prepustni filtri so vsestranska orodja za obdelavo signalov, ki omogočajo osredotočeno analizo določenih frekvenčnih območij, hkrati pa zavračajo neželene nizko- in visokofrekvenčne komponente. Obvladovanje izbire in uporabe pasovno prepustnih filtrov – zlasti za analizo ovojnice in izolacijo frekvenčnega območja – je bistvenega pomena za napredno vibracijsko diagnostiko in učinkovito pridobivanje diagnostičnih informacij iz kompleksnih vibracijskih podpisov.
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 