Förstå bandpassfilter

Anordningar

Bärbar balanserare & vibrationsanalysator Balanset-1A

Delar

Optisk sensor (laservarvtalsmätare)

Komplett vibrationsdiagnostik- och balanseringssats från Vibromera, inklusive fyra vibrationssensorer med kablar, en signalgränssnittsmodul, laservarvräknare med magnetiskt stativ, digital våg, USB-kabel och en bärväska. Systemet är utformat för balansering och tillståndsövervakning av rotorer på fältet på industriell utrustning.

Anordningar

Magnetiskt stativ i storlek 60 kgf

Delar

Dynamisk balanserare "Balanset-1A" OEM

Definition: Vad är ett bandpassfilter?

Bandpassfilter (BPF) är ett frekvensselektivt signalbehandlingselement som möjliggör vibration komponenter inom ett specificerat frekvensband att passera igenom samtidigt som komponenter både under och över det bandet dämpas. Det kombinerar egenskaperna hos ett högpassfilter (blockerar låga frekvenser) och ett lågpassfilter (blockerar höga frekvenser) för att skapa ett "fönster" som endast passerar ett valt mellanfrekvensområde. Bandpassfilter definieras av sin mittfrekvens, bandbranthet och filterordning/branthet.

Vid vibrationsanalys är bandpassfilter viktiga för kuvertanalys (isolering av lagerstötfrekvenser), fokuserad diagnostik (undersökning av specifika frekvensområden) och eliminering av oönskade vibrationer utanför det aktuella frekvensbandet för att förbättra signal-brusförhållandet och mätningarnas tydlighet.

Filterparametrar

Centerfrekvens (f0)

Mitt i passbandet
Frekvens för maximalt filtersvar
Valt baserat på frekvensinnehåll av intresse
Vanligtvis valt för att matcha resonans- eller felfrekvens

Bandbredd (svartvitt)

Definition: Frekvensområde mellan -3 dB-punkter (f_hög – f_låg)
Smalt band: Svartvit < 10% av mittfrekvensen (mycket selektiv)
Bredband: BW > 50% av mittfrekvensen (mindre selektiv)
Q-faktor: Q = f0 / BW (högre Q = smalare, mer selektiv)

Filteregenskaper

Lägre gränsvärde (f_low): Frekvens där den nedre lutningen når -3 dB
Övre gränsvärde (f_high): Frekvens där den övre lutningen når -3 dB
Formfaktor: Förhållandet mellan stoppbands- och passbandsbredder (mått på selektivitet)

Tillämpningar inom vibrationsanalys

1. Kuvertanalys (primär tillämpning)

Det första avgörande steget i detektering av lagerfel:

Bandval: 500 Hz – 10 kHz eller 1 kHz – 20 kHz typiskt
Ändamål: Isolera högfrekventa lagerresonanser exciterade av stötar
Process: BPF → kuvertdetektering → FFT av kuvert
Resultat: Förbättrad lagerfelfrekvenser tydligt synlig

2. Analys av resonansband

Filtrera runt strukturell eller lagerresonansfrekvens
Isolera energi vid resonans från andra frekvenser
Bedöm excitation och respons vid specifikt läge
Användbart för felsökning av resonans

3. Isolering av frekvensområde

Fokusera på specifikt diagnostiskt frekvensområde
Exempel: 10–100 Hz för lågfrekvensanalys
Tar bort lågfrekvent drift och högfrekvent brus
Förbättrar tydligheten för intressanta frekvenser

4. Isolering av växelnät

BPF centrerad vid kugghjulsingreppsfrekvens
Skicka nätfrekvens och sidband
Blockerar andra kugghjulssteg och lagerfrekvenser
Möjliggör fokuserad växelanalys

Bandpassfilterdesign

Kaskadkopplade lågpass- och högpasssignaler

Vanligaste implementering:

Högpassfilter blockerar frekvenser under flödesnivån
Lågpassfilter blockerar frekvenser över f_high
Seriekombination skapar bandpass
Varje filter bidrar till total selektivitet

Direkt bandpassdesign

Optimerad som ett enda filter snarare än kaskad
Mer komplex men kan uppnå bättre egenskaper
Används i specialiserade applikationer

Praktiska överväganden

Avvägningar vid val av bandbredd

Smal bandbredd

Fördelar: Bättre selektivitet, starkare avstötning av intilliggande frekvenser
Nackdelar: Kan missa frekvensvariationer, kräver exakt inställning
Använda: När den exakta frekvensen är känd och stabil

Bred bandbredd

Fördelar: Fångar frekvensvariationer, mindre kritisk finjustering
Nackdelar: Mindre avstötning av närliggande oönskade frekvenser
Använda: När frekvensen varierar eller det frekvensområde som behövs

För kuvertanalys

Typiska band: 500-2000 Hz, 1000-5000 Hz, 5000-20000 Hz
Urval: Välj band med bra lagerresonansexcitering
Kontrollera: Kontrollera rått accelerationsspektrum för att identifiera resonans
Optimera: Justera för att maximera signalen för lagerfel

Filtereffekter på signaler

Tidsvågformseffekter

Filtrerad vågform visar endast frekvenser i passbandet
Visas som modulerad bärvåg (om smalband)
Tar bort lågfrekventa variationer och högfrekvent brus
Kan förenkla tolkningen av vågformen

Spektrumeffekter

Passbandsamplituder bevarade
Reducerade stoppbandamplituder (typiskt 40-80 dB)
Renare spektrum med fokus på intresseband
Brusgolvet sänks om bruset ligger utanför passbandet

Digitala kontra analoga bandpassfilter

Analoga filter

Hårdvaruimplementering i signalvägen
Drift i realtid
Fasta egenskaper när de väl är utformade
Används i antialiasing och signalkonditionering

Digitala filter

Programvarubearbetning efter digitalisering
Justerbara parametrar
Kan appliceras/borttas efter insamling
Moderna analysatorer erbjuder omfattande digitala BPF-alternativ

Vanliga tillämpningar efter frekvensområde

Lågfrekvent bandpass (10–200 Hz)

Analys av obalans och feljustering
Övervakning av låghastighetsmaskiner
Grund- och strukturvibrationer

Mellanfrekvensbandpass (200-2000 Hz)

Kugghjulsnätfrekvenser
Frekvenser för passering av blad/vinge
Lägre lagerfelfrekvenser

Högfrekvent bandpass (2–40 kHz)

Analys av lagerdefekthölje
Högfrekventa stötar
Ultraljudsfrekvenser
Lagerresonansexcitering

Bandpassfilter är mångsidiga signalbehandlingsverktyg som möjliggör fokuserad analys av specifika frekvensområden samtidigt som oönskade låg- och högfrekventa komponenter avvisas. Att behärska val och tillämpning av bandpassfilter – särskilt för enveloppanalys och frekvensområdesisolering – är avgörande för avancerad vibrationsdiagnostik och effektiv extraktion av diagnostisk information från komplexa vibrationssignaturer.

← Tillbaka till huvudmenyn

Vad är ett bandpassfilter? Val av frekvensband

Publicerad av admin på oktober 31, 2025 oktober 31, 2025