Razumevanje visokoprepustnih filtrov
Definicija: Kaj je visokoprepustni filter?
Visokoprepustni filter (HPF) je frekvenčno selektiven element za obdelavo signalov, ki omogoča vibracije komponente nad določeno mejno frekvenco, ki jih je treba prepustiti, medtem ko komponente pod mejno frekvenco slabijo (zmanjšujejo). V analiza vibracij, Visokoprepustni filtri se uporabljajo za odstranjevanje nizkofrekvenčnih vibracij (iz neravnovesje, neusklajenost) in se osredotočiti na visokofrekvenčne vsebine (od napake ležajev, zobniški stik, električne frekvence) ali za odpravo resonančnih učinkov montaže senzorjev in enosmernih odmikov.
Visokoprepustni filtri so temeljne komponente v analiza ovojnice, sistemi za preprečevanje glajenja robov in obdelava signalov, ki omogočajo ekstrakcijo diagnostičnih informacij iz določenih frekvenčnih območij, hkrati pa zavračajo neželene nizkofrekvenčne komponente, ki bi lahko maskirale ali preglasile zanimive signale.
Značilnosti filtra
Mejna frekvenca (fc)
- Definicija: Frekvenca, pri kateri odziv filtra pade na -3 dB (70,7% amplitude prepustnega pasu)
- Spodaj fc: Frekvence se postopoma zmanjšujejo
- Zgoraj fc: Frekvence prehajajo z minimalnim slabljenjem
- Izbor: Izberite fc glede na uporabo in frekvenčno vsebino, ki vas zanima
Naklon filtra (stopnja padanja)
- Stopnja slabljenja pod mejno frekvenco
- Izraženo v dB na oktavo ali dB na dekado
- 1. naročilo: 6 dB/oktavo (20 dB/dekado) – blag naklon
- 2. vrstni red: 12 dB/oktavo (40 dB/dekado) – zmeren naklon
- 4. red: 24 dB/oktavo (80 dB/dekado) – strm naklon
- Višji red: Ostrejši prehod, boljša zavrnitev, vendar bolj zapleteno
Vrste filtrov
- Butterworth: Maksimalno raven odziv pasovnega pasu
- Čebišev: Ostrejši odrez, vendar z valovanjem v pasovnem pasu
- Bessel: Najboljše časovno-domenske karakteristike (minimalno fazno popačenje)
- Eliptični trenažer: Najostrejši prehod, vendar valovanje tako v prepustnem kot zapornem pasu
Uporaba v analizi vibracij
1. Zaznavanje napak ležajev
Najpogostejša uporaba:
- Mejna vrednost: Običajno 500–2000 Hz
- Namen: Odstranite nizkofrekvenčno neuravnoteženost in vibracije zaradi neusklajenosti
- Rezultat: Osredotočite se na visokofrekvenčne signale udarcev ležajev
- Uporaba: Prva faza obdelave analize ovojnice
2. Integracija za hitrost/premik
- Pri integraciji pospeška v hitrost ali premik
- HPF pri 2–10 Hz odstrani enosmerni odmik in zelo nizke frekvence
- Preprečuje napake v integraciji in premik
- Bistveno za natančno integracijo nizkih frekvenc
3. Odprava resonance pri montaži senzorja
- Resonanca pri montaži merilnika pospeška (običajno 3–10 kHz za magnetno montažo)
- HPF odstrani ta resonančni artefakt
- Zagotavlja, da meritve predstavljajo vibracije stroja, ne pa učinkov senzorjev
4. Odstranitev enosmernega odmika
- HPF z zelo nizkim mejnim odklopom (0,5–2 Hz) odstrani enosmerno komponento
- Potrebno za pravilno obdelavo signalov
- Preprečuje napake FFT in integracijsko drsenje
Praktična izvedba
Analogni v primerjavi z digitalnimi filtri
Analogni visokoprepustni filtri
- Strojna vezja v obdelavi signalov
- Delovanje v realnem času
- Anti-aliasing in kondicioniranje senzorjev
- Fiksne značilnosti, ko so enkrat zasnovane
Digitalni visokoprepustni filtri
- Programska naknadna obdelava
- Nastavljiv mejni signal in vrstni red filtrov
- Po zbiranju podatkov se lahko uporabi/odstrani
- Sodobni analizatorji ponujajo več možnosti filtriranja
Izbira mejne frekvence
Za analizo ležajev
- Nastavite fc pod najnižjo frekvenco okvar ležaja
- Tipično: mejna frekvenca 500–1000 Hz
- Odstrani 1×, 2×, zobniško mrežo itd.
- Prenaša frekvence napak ležajev (običajno 50–500 Hz) in njihovo visokofrekvenčno modulacijo
Za integracijo
- Nastavite fc na 2–5 × najnižjo frekvenco, ki vas zanima
- Prenizko: omogoča zanašanje
- Previsoko: oslabi veljavne nizkofrekvenčne komponente
- Tipično: 2–10 Hz za splošno integracijo
Vplivi na meritve
Učinki amplitude
- Frekvence pod mejo se zmanjšajo v amplitudi
- Zelo nizke frekvence so v bistvu odpravljene
- Frekvence precej nad mejno vrednostjo niso prizadete
- Prehodna regija kaže postopno zmanjšanje
Fazni učinki
- Uvedba filtrov faza premik
- Fazni premik, odvisen od frekvence
- Lahko vpliva na obliko valovne oblike v časovni domeni
- Besselovi filtri zmanjšujejo fazno popačenje
Učinki valovnih oblik
- Odstrani nizkofrekvenčne osnovne variacije
- Valovno valovanje centrira okoli ničle
- Lahko spremeni navidezni značaj valovne oblike
- Pomembno je razumeti filtriranje pri interpretaciji valovnih oblik
V kombinaciji z drugimi filtri
Visokoprepustni + nizkoprepustni = pasovno prepustni
- HPF blokira nizke frekvence
- LPF blokira visoke frekvence
- Kombinacija prehaja samo srednji pas
- Ustvari pasovni filter za določeno frekvenčno območje
Visokoprepustna frekvenca pri večstopenjski obdelavi
- Zglajevanje robov (nizkoprepustno) pred digitalizacijo
- Visokoprepustni tok za odstranitev enosmernega toka
- Pasovni prepust za analizo ovojnice
- Sekvenčno filtriranje za kompleksno obdelavo signalov
Visokoprepustni filtri so bistveno orodje za obdelavo signalov pri analizi vibracij, saj omogočajo izolacijo visokofrekvenčnih diagnostičnih informacij z odstranitvijo dominantnih nizkofrekvenčnih komponent. Razumevanje značilnosti visokoprepustnih filtrov – mejne frekvence, vrstnega reda filtra ter vplivov na amplitudo in fazo – je ključnega pomena za pravilno uporabo pri analizi ležajev, integraciji signalov in kateri koli analizi, ki zahteva frekvenčno selektivno merjenje.
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 