Разумевање филтрирања сигнала
Филтрирање сигнала је кључна технике обраде сигнала коришћена у Анализа вибрација да уклања нежељене компонентне фреквенције из сигнала или да изолује специфичне фреквенције од интереса. Филтер је у суштини електронски круг или софтверски алгоритам који дозвољава одређеним фреквенцијама да "прође" кроз њега док блокира или пригушује друге. То је један од тихих радника дисциплине: филтрирање ради континуално унутар сваког дигиталног анализатор вибрација како би се осигурало да су подаци који се анализирају чисти, тачни и релевантни за дијагностички задатак који је пред њима.
1. Дефиниција: Шта је филтрирање сигнала?
Свако сирово мерење вибрације је комбинација сигнала које желите и сигнала које не желите — шум сензора, структурне резонанције, електрични звук, и енергија из опсега фреквенција који једноставно не брига тренутног посла. Филтер је дефинисан са својом гранична фреквенција (тачка на којој почиње да пригушује) и са roll-off (колико стрмо пригушује изван те тачке). Уметност филтрирања лежи у проласку дијагностичког садржаја сигнала док се потиском све што би га замаглило. Урађено добро, невидљиво је; урађено лоше, може сакрити управо квар који тражите.
2. Уобичајене врсте филтера у анализи вибрација
Постоје четири основна типа филтера коришћена у обради сигнала, и сваки има дедицирани улогу у сигналном ланцу анализатора’
- Нископропусни филтер: пропушта ниске фреквенције, али блокира високе фреквенције. Фреквенција на којој сигнал почиње да се пригушује назива се граничната фреквенција.
- Високопропусни филтер: супротан филтру нископропусни — пропушта високе фреквенције и блокира ниске фреквенције.
- Филтер пропусног опсега: пропушта одређени опсег или фреквенцијски опсег док блокира и ниже и више фреквенције. То је, у суштини, високопропусни и нископропусни филтер који раде заједно.
- Филтер заустављања појаса (или кербасти филтер): супротан филтру пропусном опсегу — блокира уски опсег фреквенција пропуштајући све остале. Кербасти филтер је најбољи избор за одбијање једног паразитног тона, као што је електромагнетна интерференција мрежне фреквенције.
3. Кључне примене филтрирања
Филтери се користе на неколико кључних начина у анализатору вибрација:
a) Филтери против алијасинга
Ово је неспорно најважнија примена филтрирања. Анти-алијасинг филтер је стрми нископропусни филтер примењен на аналогни сигнал пре него што се дигитализира. Његова сврха је да уклони сав садржај фреквенције изнад максималне фреквенције (Fmax) коју је корисник одабрао за мерење.
Ово је неопходно да би се спречило алијасинг, озбиљна грешка дигиталне обраде сигнала у којој високе фреквенције “падају” и прерушавају се као ниже, производећи потпуно неисправну спектар из иначе добрих података. Пошто се алијасинг не може отказати после узорковања — лажни пикови су неразликовни од правих — анти-алијасинг филтер мора деловати у аналогном домену, пре конвертора. То је једина компонента која гарантује интегритет свих дигиталних вибрационих података.
б) Интеграција и диференцијација
Вибрација се мери као убрзање, брзина или померај. Док је Акцелерометар најчешћи сензор, аналитичар често жели да прегледа податке у смислу брзине, што обично захтева да анализатор интегрише сигнал убрзања. Интеграција веома појачава веома нискофреквенцијски шум — познати “скијашки нагиб” који расте стрмо према нули Hz. Високопропусни филтер уклања овај шум пре интеграције да би произвео чист, употребљив спектар брзине или помераја. Обрнута операција, диференцијација, има супротну тенденцију и уместо тога појачава високофреквенцијски шум.
в) Анализа омотача (Демодулација)
Анализа обвојнице, примарна техника за откривање дефекти лежаја, у великој мери се ослања на филтрирање. Процес укључује:
- Коришћење филтер пропусног опсега да изолује високофреквенцијски опсег где су присутни сигнали удара лежаја — и свака структурна резонанција коју они узбуђују.
- Обрада овог филтрираног сигнала кроз демодулацију да би се извукла стопа понављања (“омотач”) удара.
- Анализа спектра овог сигнала омотача да би се идентификовале фреквенције квара лежаја.
Филтер пропусан опсегом је критичан овде за уклањање високоенергетских, нискофреквенцијских сигнала — као што је неуравнотеженост при брзини рада — која би иначе потопила мале, нискоенергетске сигнале дефекта лежаја много пре него што достигну опасну величину.
d) Дијагностичко филтрирање
Аналитичари такође могу да примене дигиталне филтере на податке после што су прикупљени, да помогну при дијагнози. На пример, филтер пропусан опсегом може изоловати вибрацију око одређене фреквенција захвата зупчаника да добије јаснији поглед на бочне траке који откривају развијајућу се грешку преноса. Филтер пратећи редослед обавља сличан посао на машинама са променљивом брзином, закључавајући се на изабран вишекратник брзине рада док се она мења.
4. Филтрирање при балансирању на месту
Филтрирање није само дијагностичка помоћ — оно је фундаментално за балансирање на терену. Да се уравнотежи ротор, инструмент мора извући вибрације управо на 1× брзини вртње и одбацити све остало. Преносиви двоканалски анализатор као што је Balanset-1A користи синхроном филтер праћења, референцииран на импулс од једног окретаја из тахометар, да измери амплитуду 1× и фаза чисто чак и када је широкопојасна бука висока. Без тог филтрирања, мали, поновљиви 1× вектор потребан за израчунавање тежине корекције био би изгубљен у околној буки.
5. Замке и добра пракса
- Филтрирање уклања доказе: превише агресивна поставка нископропусног филтера може уклонити високофреквенцијски садржај који садржава најраније симптоме оштећења лежаја. Одаберите Fmax према кварима које тражите.
- Фазна дисторзија: филтри померају фазу сигнала близу своје граничне фреквенције. Где фаза има значења — уравнотеживање, орбита дијаграми — филтер са добро дефинисаном, линеарном фазном карактеристиком је битан.
- Заборављање опсега: у анализи омота, избор центра појаса која пропушта који прескаче резонанцу која носи енергију лежаја даје раван, бескориснан спектар омота.
