Vad är ett lågpassfilter? Anti-aliasing och utjämning • Bärbar balanserare, vibrationsanalysator "Balanset" för dynamisk balansering av krossar, fläktar, mulchers, skruvar på skördetröskor, axlar, centrifuger, turbiner och många andra rotorer Vad är ett lågpassfilter? Anti-aliasing och utjämning • Bärbar balanserare, vibrationsanalysator "Balanset" för dynamisk balansering av krossar, fläktar, mulchers, skruvar på skördetröskor, axlar, centrifuger, turbiner och många andra rotorer

Vad är ett lågpassfilter? Antialiasing och utjämning

Publicerad av admin på

Förstå lågpassfilter

Definition: Vad är ett lågpassfilter?

Lågpassfilter (LPF) är ett frekvensselektivt signalbehandlingselement som möjliggör vibration komponenter under en specificerad gränsfrekvens att passera igenom medan komponenter över gränsfrekvensen dämpas (reduceras eller blockeras). I vibrationsanalys, lågpassfilter fyller kritiska funktioner inklusive antialiasing (förhindrar falska frekvenser i digitala system), brusreducering och isolering av lågfrekventa vibrationskomponenter för fokuserad analys.

Lågpassfilter är kanske de vanligaste filtren inom vibrationsinstrumentation. De finns i alla digitaliseringssystem som antialiasingfilter och är tillgängliga som analysverktyg för att utjämna data, ta bort högfrekvent brus och fokusera på lågfrekventa fenomen.

Filteregenskaper

Gränsfrekvens (fc)

  • Definition: Frekvens där filterresponsen sjunker till -3 dB (70,7% amplitud)
  • Under fc (passband): Frekvenser passerar med minimal dämpning
  • Ovanför fc (Stoppband): Frekvenser progressivt dämpade
  • Övergångsband: Region runt fc där dämpningen ökar

Filterordning och avrullning

  • 1:a beställningen: 6 dB/oktav (20 dB/dekad) – gradvis avklingning
  • 2:a ordningen: 12 dB/oktav (40 dB/dekad) – måttlig
  • 4:e ordningen: 24 dB/oktav (80 dB/dekad) – brant
  • 8:e ordningen: 48 dB/oktav (160 dB/dekad) – mycket brant
  • Högre ordning: Skarpare övergång, bättre stoppbandsavvisning

Filtersvarstyper

  • Butterworth: Maximalt platt passband, inget rippel
  • Tjebysjov: Skarpare avgränsning, möjliggör passbandsrippel
  • Bessel: Linjär fas (minimal vågformsförvrängning)
  • Elliptisk: Skarpaste övergången, krusning i båda banden

Primära tillämpningar

1. Antialiasing (mest kritisk)

Förhindrar falska frekvenser i digitala system:

  • Ändamål: Blockfrekvenser över Nyquistfrekvens (halv samplingsfrekvens)
  • Krav: Före analog-till-digital-omvandling
  • Typisk gräns: 0,4–0,8 × (samplingsfrekvens / 2)
  • Branthet: Vanligtvis åttonde ordningen eller högre för bra aliasing-avvisning
  • Kritisk: Otillräcklig antialiasing skapar falska spektraltoppar

2. Brusreducering

  • Ta bort högfrekvent elektriskt brus
  • Filtrera bort brus från sensorkabeln
  • Jämn data för trender
  • Förbättra signal-brusförhållandet för lågfrekventa komponenter

3. Frekvensområdesbegränsning

  • Fokusanalys på frekvensområde av intresse
  • Exempel: 0–100 Hz-analys för lågvarviga maskiner
  • Tar bort irrelevant högfrekvent innehåll
  • Minskar kraven på databehandling och lagring

4. Förberedelser inför integrationen

  • Innan man integrerar acceleration med hastighet
  • Ta bort mycket höga frekvenser (brus som skulle förstärkas)
  • Typisk avgränsning: 1000-5000 Hz beroende på applikation
  • Förhindrar brusförstärkning i integration

Välja gränsfrekvens

Antialiasing-applikationer

  • Regel: fc = 0,4 × samplingsfrekvens (konservativ) till 0,8 × samplingsfrekvens (aggressiv)
  • Exempel: 10 kHz samplingsfrekvens → fc = 4000 Hz
  • Kriterium: Stoppbandsdämpning > 60 dB vid Nyquistfrekvens

Analytiska tillämpningar

  • Ställ in fc strax ovanför den högsta intressefrekvensen
  • För lågfrekvensanalys (0–200 Hz): fc = 200–300 Hz
  • Endast för obalans (1×): fc = 5–10× körhastighet
  • Lämna marginal för filterövergångsband

Brusreducering

  • Identifiera brusfrekvensområdet från spektrumet
  • Ställ in fc för att släppa igenom signalfrekvenser, avvisa brusfrekvenser
  • Balans mellan brusborttagning och signalbevarande

Effekter på mätningar

Amplituddomän

  • Passband: Minimal amplitudförändring (< 0,5 dB (typiskt)
  • Stoppband: Stark dämpning (40-80 dB eller mer)
  • Övergripande nivå: Minskar den totala vibrationen om höga frekvenser förekommer

Tidsdomän

  • Vågformen utjämnad (högfrekventa variationer borttagna)
  • Skarpa kanter eller spikar avrundade
  • Transient respons (filterringning) kan påverka vågformens form
  • Fasförvrängning kan påverka tolkningen av vågformen

Frekvensdomän

  • Spektrumet visar reducerade amplituder över gränsvärdet
  • Högfrekventa toppar minskade eller eliminerade
  • Ljudgolvet sänktes om ljudet var högfrekvent

Vanliga problem och lösningar

Otillräcklig antialiasing

  • Symptom: Falska lågfrekventa toppar i spektrum
  • Orsaka: Höga frekvenser viker sig tillbaka under Nyquist
  • Lösning: Använd brantare filter, öka samplingsfrekvensen, verifiera filterfunktionen

Gränssnittet är för lågt

  • Symptom: Giltiga högfrekventa signaler dämpade
  • Exempel: Lagerfrekvenser reducerade av alltför aggressiv LPF
  • Lösning: Öka gränsfrekvensen, använd en mjukare filterlutning

Filtrera artefakter

  • Ringande: Oscillationer i tidsdomänen från skarp filteravstängning
  • Fasförvrängning: Vågformsförändringar från fasförskjutningar
  • Lösning: Använd Bessel-filter för kritiska vågformstillämpningar

Kompletterande filter

Lågpass kontra högpass

  • Lågpass: Lämmer igenom låga frekvenser, blockerar höga
  • Högpass: Lämmer igenom höga frekvenser, blockerar låga
  • Komplementär: Används tillsammans för bandpassfiltrering

Bandpassfilter

  • Kombination: HPF + LPF
  • Skicker endast frekvenser i specificerat band
  • Avvisar både under och över bandet
  • Viktigt för kuvertanalys

Lågpassfilter är grundläggande komponenter i vibrationsmätningssystem och fyller viktiga funktioner, från anti-aliasing-skydd till brusreducering och val av frekvensområde. Att förstå lågpassfilters funktion, korrekt val av gränsfrekvens och effekter på uppmätta signaler är avgörande för noggrann vibrationsanalys och för att undvika mätartefakter i digitala datainsamlingssystem.

← Tillbaka till huvudmenyn

Kategorier:
WhatsApp