Understanding Signal Filtering
Signal filtering பின்வருவதில் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு முக்கியமான சிக்னல்-செயலாக்க (signal-processing) நுட்பமாகும் vibration analysis ஒரு சமிக்ஞையிலிருந்து தேவையற்ற அதிர்வெண் கூறுகளை அகற்ற அல்லது ஆர்வமுள்ள குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்களைத் தனிமைப்படுத்த. ஒரு ஃபில்டர் என்பது அடிப்படையில் ஒரு மின்னணு சுற்று அல்லது ஒரு மென்பொருள் அல்காரிதம் ஆகும், இது சில அதிர்வெண்களை வழியாக “கடந்து செல்ல” அனுமதிக்கும் அதே வேளையில் மற்றவற்றைத் தடுக்கிறது அல்லது குறைக்கிறது. இது இத்துறையின் அமைதியான உழைப்பாளிகளில் ஒன்றாகும்: ஃபில்டரிங் ஒவ்வொரு டிஜிட்டல் கருவிக்குள்ளும் தொடர்ந்து இயங்குகிறது அதிர்வ பகுப்பாய்ப்பி பகுப்பாய்வு செய்யப்படும் தரவு தூய்மையானதாகவும், துல்லியமானதாகவும், கையிலுள்ள நோயறிதல் பணிக்குப் பொருத்தமானதாகவும் இருப்பதை உறுதிசெய்ய.
1. வரையறை: சிக்னல் ஃபில்டரிங் என்றால் என்ன?
ஒவ்வொரு மூலப்படிவ அதிர்வு அளவீடும் நீங்கள் விரும்பும் சமிக்ஞைகளுக்கும் விரும்பாத சமிக்ஞைகளுக்கும் இடையிலான கலவையாகும் — சென்சார் இரைச்சல், கட்டமைப்பு ரெசோனன்ஸ்கள், மின் ஹம் (hum), மற்றும் தற்போதைய பணிக்குத் தொடர்பில்லாத அதிர்வெண் வரம்புகளிலிருந்து வரும் ஆற்றல். ஒரு ஃபில்டர் அதன் பின்வருவதால் வரையறுக்கப்படுகிறது cut-off frequency (அது குறைக்கத் தொடங்கும் புள்ளி) மற்றும் அதன் roll-off (அந்தப் புள்ளியைத் தாண்டி எவ்வளவு செங்குத்தாக அது குறைக்கிறது). வடிகட்டுதலின் கலையானது, ஒரு சமிக்ஞையின் கண்டறிதல் உள்ளடக்கத்தைக் கடந்து செல்ல அனுமதிக்கும் அதே வேளையில், அதை மறைக்கக்கூடிய அனைத்தையும் அடக்கி வைப்பதில் உள்ளது. சரியாகச் செய்தால், அது கண்ணுக்குத் தெரியாது; தவறாகச் செய்தால், நீங்கள் தேடிக்கொண்டிருக்கும் அதே கோளாற்றையே அது மறைத்துவிடக்கூடும்.
2. அதிர்வு பகுப்பாய்வில் உள்ள வடிகட்டிகளின் பொதுவான வகைகள்
சமிக்ஞை செயலாக்கத்தில் நான்கு அடிப்படை வகை வடிகட்டிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் ஒவ்வொன்றும் பகுப்பாய்வியின் சமிக்ஞைச் சங்கிலியில் ஒரு தனிப்பட்ட பங்கைக் கொண்டுள்ளது:
- Low-Pass Filter: குறைந்த அதிர்வெண்களைக் கடந்து செல்ல அனுமதிக்கிறது ஆனால் உயர் அதிர்வெண்களைத் தடுக்கிறது. சமிக்ஞை குறைக்கப்படத் தொடங்கும் அதிர்வெண்ணே வெட்டு-நிலை அதிர்வெண் (cut-off frequency) ஆகும்.
- High-Pass Filter: குறை-கடப்பு வடிகட்டிக்கு (low-pass filter) எதிரானது — இது உயர் அதிர்வெண்களைக் கடந்து செல்ல அனுமதித்து, குறைந்த அதிர்வெண்களைத் தடுக்கிறது.
- Band-Pass Filter: ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் பட்டை அல்லது வரம்பைக் கடந்து செல்ல அனுமதித்து, அதைவிடக் குறைவான மற்றும் உயர்வான அதிர்வெண்கள் இரண்டையும் தடுக்கிறது. இது நடைமுறையில், ஒரு உயர்-கடப்பு (high-pass) மற்றும் ஒரு குறை-கடப்பு (low-pass) வடிகட்டி ஒன்றாக இணைந்து செயல்படுவதாகும்.
- Band-Stop (or Notch) Filter: பட்டை-கடப்பு வடிகட்டிக்கு (band-pass filter) எதிரானது — இது ஒரு குறுகிய அதிர்வெண் பட்டையைத் தடுத்து, மற்ற அனைத்தையும் கடந்து செல்ல அனுமதிக்கிறது. மின்சார இடைஞ்சல் போன்ற ஒரு தனிப்பட்ட தொல்லை-தரும் ஒலியை நிராகரிப்பதற்கு நாட்ச் வடிகட்டி (notch filter) சிறந்த கருவியாகும்.
3. வடிகட்டுதலின் முக்கியப் பயன்பாடுகள்
ஒரு அதிர்வு பகுப்பாய்வியில் வடிகட்டிகள் பல முக்கியமான வழிகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
a) Anti-Aliasing Filters
இது வடிகட்டுதலின் மிக முக்கியமான பயன்பாடாகும் என்று வாதிடலாம். ஆண்டி-ஏலியஸிங் வடிகட்டி (anti-aliasing filter) என்பது அனலாக் சமிக்ஞைக்குப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு செங்குத்தான குறை-கடப்பு வடிகட்டியாகும் before அது இலக்கமயமாக்கப்படுகிறது. அளவீட்டிற்காக பயனர் தேர்ந்தெடுத்த அதிகபட்ச அதிர்வெண்ணை (Fmax) விட உயர்ந்த அனைத்து அதிர்வெண் உள்ளடக்கத்தையும் அகற்றுவதே இதன் நோக்கம்.
இதைத் தடுப்பதற்கு இது அவசியமாகும் aliasing, இதில் உயர் அதிர்வெண்கள் “மடித்துக் கீழே” வந்து தம்மைக் குறைந்த அதிர்வெண்களாக மாறுவேடமிட்டுக்கொண்டு, முற்றிலும் தவறான ஒன்றை உருவாக்கும் ஒரு தீவிர இலக்க-சமிக்ஞை-செயலாக்கப் பிழையாகும் spectrum அன்றி நல்ல தரவிலிருந்து. தரவு மாதிரியெடுக்கப்பட்டவுடன் ஏலியஸிங்கைச் செயல்நீக்க முடியாது என்பதால் — தவறான உச்சிகளை உண்மையானவற்றிலிருந்து வேறுபடுத்திப் பார்க்க முடியாது — ஆண்டி-ஏலியஸிங் வடிகட்டி, மாற்றிக்கு முன்னதாக, அனலாக் களத்தில் செயல்பட வேண்டும். அனைத்து இலக்க அதிர்வு தரவின் ஒருமைப்பாட்டை உறுதிசெய்யும் ஒரே கூறு இதுவாகும்.
b) தொகையீடு மற்றும் வகையீடு
அதிர்வு என்பது முடுக்கம், திசைவேகம் அல்லது இடப்பெயர்ச்சியாக அளவிடப்படுகிறது. ஒரு accelerometer மிகவும் பொதுவான உணரியாக இருந்தாலும், ஒரு பகுப்பாய்வாளர் பெரும்பாலும் தரவை திசைவேக அடிப்படையில் பார்க்க விரும்புகிறார், இதற்கு பகுப்பாய்வி முடுக்க சமிக்ஞையைத் தொகையிட வேண்டியிருக்கும். தொகையீடு மிகக் குறைந்த அதிர்வெண் இரைச்சலைக் கடுமையாகப் பெருக்குகிறது — பூஜ்ஜிய Hz-ஐ நோக்கி செங்குத்தாக உயரும் பழக்கமான “ஸ்கீ-சரிவு”. தொகையீட்டிற்கு முன் இந்த இரைச்சலை ஒரு உயர்-கடப்பு வடிகட்டி அகற்றி, தூய்மையான, பயன்படுத்தத்தக்க திசைவேக அல்லது இடப்பெயர்ச்சி நிறமாலையை உருவாக்குகிறது. தலைகீழ் செயல்பாடான வகையீடு, எதிர் போக்கைக் கொண்டுள்ளது, அதற்குப் பதிலாக உயர் அதிர்வெண் இரைச்சலைப் பெருக்குகிறது.
c) Envelope Analysis (Demodulation)
சாதக பகுப்பாய்வு, கண்டறிவதற்கான முதன்மை நுட்பம் தாங்கு குறைபாடுகள், வடிகட்டுதலை பெருமளவில் சார்ந்துள்ளது. இந்தச் செயல்முறையில் பின்வருவன அடங்கும்:
- Using a பட்டை-பாஸ் வடிப்பி பேரிங் தாக்க சமிக்ஞைகள் — மற்றும் அவை தூண்டும் எந்தவொரு கட்டமைப்பு ஒத்திசைவும் — இருக்கும் ஒரு உயர் அதிர்வெண் பட்டையைத் தனிமைப்படுத்துவதற்கு.
- இந்த வடிகட்டப்பட்ட சமிக்ஞையை, தாக்கங்களின் மறுநிகழ்வு வீதத்தை (“மறை-வளைவு” / envelope) பிரித்தெடுக்க, டீமாடுலேஷன் (demodulation) வழியாகச் செயலாக்குதல்.
- இந்த எண்வலப் சிக்னலின் ஸ்பெக்ட்ரத்தை பகுப்பாய்வு செய்து பேரிங் கோளாறு அதிர்வெண்களை அடையாளம் காணுதல்.
இங்கு பேண்ட்-பாஸ் வடிகட்டி மிக முக்கியமானது — ஏனெனில் இது இயக்க வேகத்தில் ஏற்படும் சமனின்மை போன்ற அதிக ஆற்றல் கொண்ட, குறைந்த அதிர்வெண் சிக்னல்களை நீக்குகிறது; இல்லையெனில் இவை, ஆபத்தான அளவை அடைவதற்கு நீண்ட காலத்திற்கு முன்பே, பேரிங் குறைபாட்டின் சிறிய, குறைந்த ஆற்றல் கொண்ட சிக்னல்களை மூழ்கடித்துவிடும்.
d) Diagnostic Filtering
பகுப்பாய்வாளர்கள் தரவைச் சேகரித்த பிறகும், நோயறிதலுக்கு உதவும் வகையில் டிஜிட்டல் வடிகட்டிகளைப் பயன்படுத்தலாம். உதாரணமாக, ஒரு பேண்ட்-பாஸ் வடிகட்டி ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வைச் சுற்றியுள்ள பல்-வலை அதிர்வெண் மீது தெளிவான பார்வையைப் பெற sidebands வளர்ந்துவரும் கியர் கோளாற்றை வெளிப்படுத்துகின்றன. மாறுபடும் வேகம் கொண்ட இயந்திரங்களில், ஆர்டர்-ட்ராக்கிங் வடிகட்டி இதைப் போன்ற பணியைச் செய்கிறது; இயக்க வேகம் மாறும்போது அதன் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட மடங்கில் பூட்டிக் கொள்கிறது.
4. கள சமநிலைப்படுத்துதலில் வடிகட்டுதல்
வடிகட்டுதல் ஒரு நோயறிதல் உதவியாக மட்டுமல்ல — இது field balancing. ஒரு ரோட்டரை சமநிலைப்படுத்த, கருவி சரியாக 1× இயக்க வேகத்தில் உள்ள அதிர்வைப் பிரித்தெடுத்து மற்ற அனைத்தையும் நிராகரிக்க வேண்டும். போன்ற ஒரு போர்ட்டபிள் இரு-சேனல் பகுப்பாய்வி Balanset-1A அதன் சுற்றுக்கு-ஒருமுறை துடிப்பைக் குறிப்பிடும் ஒத்திசைவான ட்ராக்கிங் வடிகட்டியைப் பயன்படுத்துகிறது tachometer, 1× வீச்சு மற்றும் phase பரந்த அலைவரிசை இரைச்சல் அதிகமாக இருந்தாலும் தெளிவாக அளவிட. அந்த வடிகட்டுதல் இல்லாமல், ஒரு திருத்த எடையைக் கணக்கிடத் தேவையான சிறிய, மீண்டும் மீண்டும் தோன்றும் 1× திசையன் சுற்றியுள்ள இரைச்சலில் தொலைந்துவிடும்.
5. தவறுகள் மற்றும் சிறந்த நடைமுறை
- ஆதாரத்தை வடிகட்டி நீக்குதல்: மிகவும் கடுமையான லோ-பாஸ் அமைப்பு, ஆரம்பகால பேரிங் குறைபாட்டு அறிகுறிகளைக் கொண்டிருக்கும் உயர்-அதிர்வெண் உள்ளடக்கத்தை நீக்கிவிடக்கூடும். நீங்கள் தேடும் கோளாற்றுக்கு ஏற்ப Fmax-ஐத் தேர்ந்தெடுக்கவும்.
- கட்ட சிதைவு: வடிகட்டிகள் தங்கள் கட்-ஆஃப் அருகே சிக்னலின் கட்டத்தை மாற்றுகின்றன. கட்டம் முக்கியமான இடங்களில் — சமநிலைப்படுத்துதல், orbit வரைபடங்கள் — நன்கு செயல்படும், நேரியல் கட்ட பதிலைக் கொண்ட வடிகட்டி அவசியம்.
- பேண்டை மறந்துவிடுதல்: எண்வலப் பகுப்பாய்வில், பேரிங் ஆற்றலைச் சுமக்கும் ஒத்ததிர்வைத் தவறவிடும் ஒரு பேண்ட்-பாஸ் மையத்தைத் தேர்ந்தெடுப்பது, தட்டையான, பயனற்ற எண்வலப் ஸ்பெக்ட்ரத்தை அளிக்கிறது.
