Razumevanje filtriranja signalov
Filtriranje signala je ključna tehnika obdelave signalov, ki se uporablja v analiza vibracij za odstranjevanje neželenih frekvenčnih komponent iz signala ali za izločanje določenih frekvenc, ki so zanimive. Filter je v bistvu elektronsko vezje ali programski algoritem, ki določenim frekvencam omogoča “prehod”, medtem ko druge blokira ali duši. Je eden od tihih delovnih konjev stroke: filtriranje poteka neprekinjeno v vsakem digitalnem analizator vibracij da se zagotovi, da so analizirani podatki čisti, natančni in ustrezni za dano diagnostično nalogo.
1. Definicija: Kaj je filtriranje signalov?
Vsaka surova meritev vibracij je mešanica signalov, ki jih želite, in signalov, ki jih ne želite - šum senzorja, strukturne resonance, električni šum in energija iz frekvenčnih območij, ki preprosto ne zadevajo trenutnega dela. Filter je opredeljen z frekvenca odklopa (točka, na kateri se začne slabiti) in njegova Odstranjevanje (kako strmo se slabša za to točko). Umetnost filtriranja je v tem, da prepuščamo diagnostično vsebino signala in obenem potlačimo vse, kar bi jo zakrilo. Če je filtriranje dobro izvedeno, je nevidno; če je izvedeno slabo, lahko skrije prav tisto napako, ki jo iščete.
2. Pogoste vrste filtrov pri analizi vibracij
Pri obdelavi signalov se uporabljajo štiri osnovne vrste filtrov, vsak pa ima svojo vlogo v signalni verigi analizatorja:
- Nizkopasovni filter: prepušča nizke frekvence, vendar blokira visoke frekvence. Frekvenca, pri kateri se signal začne dušiti, je mejna frekvenca.
- Visokoprepustni filter: nasprotje nizkoprepustnega filtra - prepušča visoke frekvence in blokira nizke frekvence.
- Pasovno prepustni filter: omogoča prehod določenega frekvenčnega pasu ali razpona frekvenc, hkrati pa blokira nižje in višje frekvence. To je v bistvu visokoprepustni in nizkoprepustni filter, ki delujeta skupaj.
- Band-Stop (ali Vrez) Filter: nasprotje pasovnemu filtru - blokira ozek pas frekvenc, vse druge pa prepušča. Nišni filter je orodje, ki se uporablja za odpravljanje enega samega motečega tona, na primer električnih motenj omrežne frekvence.
3. Ključne uporabe filtriranja
Filtri se v analizatorju vibracij uporabljajo na več ključnih načinov:
a) Filtri proti glajenju robov
To je verjetno najpomembnejša uporaba filtriranja. Anti-aliasing filter je strm nizkoprepustni filter, ki se uporablja za analogni signal pred je digitalizirana. Njegov namen je odstraniti vse frekvenčne vsebine nad najvišjo frekvenco (Fmax), ki jo je uporabnik izbral za meritev.
To je bistveno za preprečevanje aliasiranje, resna napaka pri digitalni obdelavi signalov, pri kateri se visoke frekvence “zložijo” in prikrijejo kot nižje, zaradi česar nastane popolnoma napačen spekter iz sicer dobrih podatkov. Ker ni mogoče odpraviti izenačevanja, ko so podatki vzorčeni - lažni vrhovi se ne razlikujejo od pravih -, mora filter proti izenačevanju delovati v analogni domeni, pred pretvornikom. To je edina komponenta, ki zagotavlja celovitost vseh digitalnih podatkov o vibracijah.
b) Integracija in diferenciacija
Vibracije se merijo kot pospešek, hitrost ali premik. Medtem ko je merilnik pospeška je najpogostejši senzor, analitik pogosto želi podatke prikazati v obliki hitrosti, zato mora analizator običajno integrirati signal pospeška. Integracija močno okrepi šum zelo nizkih frekvenc - znano “smučarsko strmino”, ki strmo narašča proti nič Hz. Z visokoprepustnim filtrom se ta šum pred integracijo odstrani in tako dobimo čist, uporaben spekter hitrosti ali premika. Obratna operacija, diferenciacija, ima nasprotno tendenco in namesto tega okrepi visokofrekvenčni šum.
c) Analiza ovojnice (demodulacija)
Analiza ovojnice, ki je glavna tehnika za odkrivanje napake ležajev, se močno zanaša na filtriranje. Postopek vključuje:
- Uporaba pasovno prepustni filter za izolacijo visokofrekvenčnega pasu, v katerem so prisotni signali udarca ležaja in morebitne strukturne resonance, ki jih vzbujajo.
- obdelavo filtriranega signala z demodulacijo, da bi izluščili frekvenco ponavljanja (“ovojnico”) udarcev.
- Analiziranje spektra tega ovojnice signala, da se ugotovijo frekvence okvar ležaja.
Pasovni filter je pri tem ključnega pomena za odstranjevanje visokoenergijskih nizkofrekvenčnih signalov - kot je neuravnoteženost pri hitrosti vožnje -, ki bi sicer preglasili drobne nizkoenergijske signale o okvarah ležajev, še preden bi ti dosegli nevarno velikost.
d) Diagnostično filtriranje
Analitiki lahko po zbiranju podatkov uporabijo tudi digitalne filtre za lažje diagnosticiranje. Na primer, pasovni filter lahko izolira vibracije okoli določenega frekvenca ubiranja zobnikov da bi dobili jasnejši pogled na stranski pasovi ki razkrivajo nastajajočo okvaro zobnika. Pri strojih s spremenljivo hitrostjo opravlja podobno nalogo filter za sledenje vrstnemu redu, ki se pri spreminjanju hitrosti zaklene na izbrani mnogokratnik obratovalne hitrosti.
4. Filtriranje pri uravnoteženju polj
Filtriranje ni le diagnostični pripomoček, temveč je temeljnega pomena za uravnoteženje polja. Za uravnoteženje rotorja mora instrument izločiti vibracije pri točno 1× hitrosti delovanja in zavrniti vse drugo. Prenosni dvokanalni analizator, kot je npr. Balanset-1A uporablja sinhroni sledilni filter, ki je vezan na impulz, ki se pojavi enkrat na revolucijo. tahometer, za merjenje amplitude 1× in faza tudi pri visokem širokopasovnem šumu. Brez tega filtriranja bi se majhen, ponovljiv vektor 1×, ki je potreben za izračun korekcijske uteži, izgubil v okoliškem šumu.
5. Pasti in dobre prakse
- Filtriranje dokazov: preveč agresivna nastavitev nizke prepustnosti lahko odstrani visokofrekvenčno vsebino, ki povzroča najzgodnejše simptome okvar ležajev. Izberite Fmax glede na napako, ki jo iščete.
- Fazna popačenost: filtri v bližini svoje meje preseka premaknejo fazo signala. Kjer je faza pomembna - uravnoteženje, orbita parcele - filter z dobro vodljivim, linearnim faznim odzivom je bistvenega pomena.
- Pozabljanje skupine: pri analizi ovojnice se z izbiro središča pasovne prepustnosti, ki zgreši resonanco, ki prenaša nosilno energijo, dobi raven, neuporaben spekter ovojnice.
