ทำความเข้าใจเกี่ยวกับฟิลเตอร์ผ่านสูง
คำจำกัดความ: ตัวกรองผ่านสูงคืออะไร?
ฟิลเตอร์กรองความถี่สูง (HPF) เป็นองค์ประกอบการประมวลผลสัญญาณแบบเลือกความถี่ที่ช่วยให้ การสั่นสะเทือน ส่วนประกอบที่สูงกว่าความถี่ตัดที่กำหนด ให้ผ่านได้ในขณะที่ลดทอน (ลด) ส่วนประกอบที่ต่ำกว่าความถี่ตัด ใน vibration analysis, ตัวกรองความถี่สูงใช้เพื่อกำจัดการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำ (จาก ความไม่สมดุล, การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง) และมุ่งเน้นไปที่เนื้อหาความถี่สูง (จาก ข้อบกพร่องของตลับลูกปืน, ตาข่ายเฟือง, ความถี่ไฟฟ้า) หรือเพื่อกำจัดเอฟเฟกต์การสั่นพ้องของการติดตั้งเซ็นเซอร์และการชดเชย DC.
ฟิลเตอร์ไฮพาสเป็นส่วนประกอบพื้นฐานใน การวิเคราะห์ซองจดหมาย, ระบบป้องกันการเกิดรอยหยัก และการปรับสภาพสัญญาณ ช่วยให้สามารถดึงข้อมูลการวินิจฉัยจากช่วงความถี่เฉพาะได้ ในขณะที่ปฏิเสธส่วนประกอบความถี่ต่ำที่ไม่ต้องการซึ่งอาจบดบังหรือครอบงำสัญญาณที่ต้องการ.
ลักษณะของตัวกรอง
ความถี่ตัด (fc)
- คำนิยาม: ความถี่ที่การตอบสนองของตัวกรองลดลงเหลือ -3 dB (70.7% ของแอมพลิจูดแบนด์ผ่าน)
- ด้านล่าง fc: ความถี่ลดลงอย่างต่อเนื่อง
- ข้างบน fc : ความถี่ผ่านด้วยการลดทอนขั้นต่ำ
- การเลือก: เลือก FC ตามการใช้งานและความถี่เนื้อหาที่สนใจ
ความลาดชันของตัวกรอง (อัตราการโรลออฟ)
- อัตราการลดทอนต่ำกว่าความถี่ตัด
- แสดงเป็นเดซิเบลต่ออ็อกเทฟหรือเดซิเบลต่อทศวรรษ
- ลำดับที่ 1: 6 เดซิเบลต่ออ็อกเทฟ (20 เดซิเบลต่อทศวรรษ) – ความลาดเอียงเล็กน้อย
- ลำดับที่ 2: 12 เดซิเบลต่ออ็อกเทฟ (40 เดซิเบลต่อทศวรรษ) – ความลาดชันปานกลาง
- ลำดับที่ 4: 24 เดซิเบลต่ออ็อกเทฟ (80 เดซิเบลต่อทศวรรษ) – ความลาดชันสูง
- ลำดับที่สูงกว่า: การเปลี่ยนแปลงที่คมชัดกว่า การปฏิเสธที่ดีขึ้น แต่ซับซ้อนมากขึ้น
ประเภทตัวกรอง
- บัตเตอร์เวิร์ธ: การตอบสนองแบนด์ผ่านแบบแบนสูงสุด
- เชบีเชฟ: การตัดที่คมชัดกว่าแต่มีริปเปิลในแบนด์ผ่าน
- เบสเซล: ลักษณะโดเมนเวลาที่ดีที่สุด (การบิดเบือนเฟสน้อยที่สุด)
- รูปไข่: การเปลี่ยนแปลงที่คมชัดที่สุดแต่มีระลอกคลื่นทั้งในแถบผ่านและแถบหยุด
การประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน
1. การตรวจจับข้อบกพร่องของตลับลูกปืน
แอปพลิเคชั่นที่พบมากที่สุด:
- จุดตัด: โดยทั่วไป 500-2000 เฮิรตซ์
- วัตถุประสงค์: ขจัดความไม่สมดุลความถี่ต่ำและการสั่นสะเทือนที่ผิดตำแหน่ง
- ผลลัพธ์: เน้นสัญญาณแรงกระแทกที่มีความถี่สูง
- ใช้: ขั้นตอนแรกในการประมวลผลการวิเคราะห์ซองจดหมาย
2. การรวมสำหรับความเร็ว/การกระจัด
- เมื่อรวมความเร่งกับความเร็วหรือการกระจัด
- HPF ที่ 2-10 Hz จะลบค่าออฟเซ็ต DC และความถี่ต่ำมาก
- ป้องกันข้อผิดพลาดในการรวมและการดริฟต์
- จำเป็นสำหรับการบูรณาการความถี่ต่ำที่แม่นยำ
3. การกำจัดการสั่นพ้องของการติดตั้งเซ็นเซอร์
- เรโซแนนซ์การติดตั้งเครื่องวัดความเร่ง (โดยทั่วไป 3-10 kHz สำหรับการติดตั้งแบบแม่เหล็ก)
- HPF กำจัดสิ่งแปลกปลอมเรโซแนนซ์นี้
- รับประกันว่าการวัดจะแสดงการสั่นสะเทือนของเครื่องจักร ไม่ใช่ผลของเซ็นเซอร์
4. การลบค่าออฟเซ็ต DC
- HPF ที่มีการตัดต่ำมาก (0.5-2 Hz) จะลบส่วนประกอบ DC ออก
- จำเป็นสำหรับการประมวลผลสัญญาณที่เหมาะสม
- ป้องกันข้อผิดพลาด FFT และการดริฟต์การรวม
การปฏิบัติจริง
ฟิลเตอร์แบบอนาล็อกและดิจิตอล
ฟิลเตอร์กรองความถี่สูงแบบอนาล็อก
- วงจรฮาร์ดแวร์ในการปรับสภาพสัญญาณ
- การดำเนินการแบบเรียลไทม์
- การป้องกันรอยหยักและการปรับสภาพเซ็นเซอร์
- คุณลักษณะคงที่เมื่อออกแบบแล้ว
ฟิลเตอร์ไฮพาสแบบดิจิตอล
- การประมวลผลหลังการใช้งานด้วยซอฟต์แวร์
- การตัดและลำดับการกรองแบบปรับได้
- สามารถนำไปใช้/ลบออกได้หลังจากการรวบรวมข้อมูล
- เครื่องวิเคราะห์สมัยใหม่มีตัวเลือกตัวกรองหลายแบบ
การเลือกความถี่ตัด
สำหรับการวิเคราะห์ตลับลูกปืน
- ตั้งค่า FC ต่ำกว่าความถี่ความผิดพลาดของตลับลูกปืนต่ำสุด
- โดยทั่วไป: การตัดความถี่ 500-1000 เฮิรตซ์
- ถอด 1×, 2×, เฟืองเกียร์ ฯลฯ ออก.
- ผ่านความถี่ความผิดพลาดของแบริ่ง (โดยทั่วไป 50-500 เฮิรตซ์) และการปรับความถี่สูง
เพื่อการบูรณาการ
- ตั้งค่า fc ที่ความถี่ต่ำสุดที่สนใจ 2-5 เท่า
- ต่ำเกินไป: ปล่อยให้ดริฟท์
- สูงเกินไป: ลดทอนส่วนประกอบความถี่ต่ำที่ถูกต้อง
- โดยทั่วไป: 2-10 Hz สำหรับการบูรณาการทั่วไป
ผลกระทบต่อการวัด
ผลกระทบของแอมพลิจูด
- ความถี่ที่ต่ำกว่าจุดตัดลดแอมพลิจูด
- ความถี่ต่ำมากถูกกำจัดออกไปโดยพื้นฐานแล้ว
- ความถี่ที่สูงกว่าจุดตัดไม่ได้รับผลกระทบ
- บริเวณเปลี่ยนผ่านแสดงการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป
ผลกระทบจากเฟส
- ตัวกรองแนะนำ เฟส กะ
- การเลื่อนเฟสขึ้นอยู่กับความถี่
- สามารถส่งผลกระทบต่อรูปร่างคลื่นโดเมนเวลาได้
- ฟิลเตอร์เบสเซลช่วยลดการบิดเบือนเฟส
เอฟเฟกต์รูปคลื่น
- ลบการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานความถี่ต่ำ
- ศูนย์กลางรูปคลื่นรอบศูนย์
- สามารถเปลี่ยนลักษณะรูปคลื่นที่ปรากฏได้
- สิ่งสำคัญที่ต้องเข้าใจการกรองเมื่อตีความรูปคลื่น
รวมกับตัวกรองอื่น ๆ
ไฮพาส + โลว์พาส = แบนด์พาส
- HPF บล็อคความถี่ต่ำ
- LPF บล็อคความถี่สูง
- คอมบิเนชั่นผ่านเฉพาะแบนด์กลางเท่านั้น
- สร้างตัวกรองแบนด์พาสสำหรับช่วงความถี่เฉพาะ
การประมวลผลแบบหลายขั้นตอนแบบไฮพาส
- การป้องกันการเกิดรอยหยัก (low-pass) ก่อนการแปลงเป็นดิจิทัล
- ไฮพาสสำหรับการกำจัด DC
- แบนด์พาสสำหรับการวิเคราะห์ซองจดหมาย
- การกรองแบบต่อเนื่องสำหรับการปรับสภาพสัญญาณที่ซับซ้อน
ตัวกรองความถี่สูงผ่านเป็นเครื่องมือประมวลผลสัญญาณที่สำคัญในการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน ช่วยให้สามารถแยกข้อมูลการวินิจฉัยความถี่สูงได้โดยการกำจัดองค์ประกอบความถี่ต่ำที่เด่นชัดออกไป การทำความเข้าใจคุณลักษณะของตัวกรองความถี่สูงผ่าน เช่น ความถี่ตัด ลำดับของตัวกรอง และผลกระทบต่อแอมพลิจูดและเฟส เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการประยุกต์ใช้อย่างเหมาะสมในการวิเคราะห์แบริ่ง การผสานรวมสัญญาณ และการวิเคราะห์ใดๆ ที่ต้องการการวัดแบบเลือกความถี่.