ทำความเข้าใจเกี่ยวกับฟิลเตอร์ผ่านสูง
A ฟิลเตอร์ผ่านความถี่สูง (HPF) เป็นองค์ประกอบการประมวลผลสัญญาณแบบเลือกความถี่ที่อนุญาต การสั่นสะเทือน ส่วนประกอบข้างต้นความถี่ตัดที่ระบุผ่านขณะที่ลดทอนส่วนประกอบต่ำกว่าตัวตัด ใน การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน, ตัวกรองแบบ high-pass จะลบการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำออกไป (จาก ความไม่สมดุล และ การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง) เพื่อให้ผู้วิเคราะห์สามารถมุ่งเน้นไปที่เนื้อหาความถี่สูง (จาก ข้อบกพร่องของตลับลูกปืน, การขบกันของเฟือง, และแหล่งกำเนิดทางไฟฟ้า) และยังตัด DC offset กับการลอยตัวที่ความถี่ต่ำออกด้วย มันคือภาพสะท้อนของ ตัวกรองความถี่ต่ำ.
ตัวกรองแบบ high-pass เป็นสิ่งพื้นฐานในการ การวิเคราะห์ซองจดหมาย และทั่วไป การกรองสัญญาณ (ส่วน anti-aliasing เป็นฟังก์ชัน low-pass ที่ใช้ก่อนการแปลงเป็นดิจิทัล) ทำให้สามารถดึงข้อมูลเพื่อการวินิจฉัยจากช่วงความถี่ที่เลือกได้ ในขณะที่ปฏิเสธองค์ประกอบความถี่ต่ำที่ไม่ต้องการซึ่งมิฉะนั้นจะบดบังหรือกลบสัญญาณที่สนใจ
1. ลักษณะเฉพาะของตัวกรอง
พารามิเตอร์สามตัวกำหนดวิธีการทำงานของตัวกรองแบบ high-pass ใดๆ ได้แก่ ความถี่ตัดของมัน ความชันของมัน และประเภทการออกแบบพื้นฐานของมัน
- ความถี่ตัด (fค): ความถี่ที่การตอบสนองของตัวกรองลดลงเป็น −3 dB (70.7% ของแอมพลิจูดแถบผ่าน) ต่ำกว่า fค ความถี่จะลดทอนลงตามลำดับ ส่วนเหนือ fค สัญญาณจะผ่านไปโดยสูญเสียเพียงเล็กน้อย การตัดจะถูกเลือกตามแอปพลิเคชันและเนื้อหาความถี่ที่ต้องการ
- ความชันของตัวกรอง (อัตราการม้วนตัว): อัตราการลดทอนต่ำกว่าความถี่ตัด ซึ่งแสดงเป็น dB ต่อแอกเทฟหรือ dB ต่อทศวรรษ อันดับที่ 1 ตัวกรองม้วนตัวที่ 6 dB/octave (20 dB/decade) — ความชันที่นุ่มนวล อันดับที่ 2 ที่ 12 dB/octave (40 dB/decade) — ปานกลาง อันดับที่ 4 ที่ 24 dB/octave (80 dB/decade) — ชันมาก ลำดับที่สูงกว่าให้การเปลี่ยนแปลงที่เหลวไหลกว่าและการปฏิเสธที่ดีขึ้น แต่จะซับซ้อนกว่าในการนำไปใช้
ฟิลเตอร์ ประเภท กำหนดการแลกเปลี่ยนระหว่างความเหลวไหลและความเที่ยงธรรม:
- บัตเตอร์เวิร์ธ: การตอบสนองแถบผ่านที่เรียบเรียงอย่างสูงสุด
- เชบีเชฟ: ความตัดที่เหลวไหลกว่า แต่มีริปเปิลในแถบผ่าน
- เบสเซล: พฤติกรรมในโดเมนเวลาที่ดีที่สุด มีความน้อยที่สุด เฟส การบิดเบือน
- เอลลิปติก: การเปลี่ยนแปลงที่คมชัดที่สุดของทั้งหมด แต่มีคลื่นลงในแถบผ่านและแถบหยุด
2. การประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์การสั่น
การตรวจจับข้อบกพร่องลูกปืน
นี่คือการประยุกต์ใช้ที่พบบ่อยที่สุด ความถี่ตัดที่โดยทั่วไปอยู่ที่ 500–2000 Hz จะลบการสั่นแบบไม่สมดุลความถี่ต่ำและการสั่นจากการจัดตำแหน่งไม่ถูกต้อง โดยปล่อยให้สัญญาณกระแทกความถี่สูงที่สร้างขึ้นโดยความเสียหายของลูกปืน นี่คือขั้นตอนแรกในการประมวลผลการวิเคราะห์ซองจดหมาย ซึ่งจะทำให้สัญญาณกระแทกเหล่านั้นเสื่อมลงเพื่อเปิดเผย ความถี่ความผิดพลาดของตลับลูกปืน.
การรวมเข้าไปในความเร็วหรือการกระจัด
เมื่อไร การอินทิเกรต การเร่งความเร็ว ถึง ความเร็ว หรือ การกระจัดตัวกรองความถี่สูงที่ตั้งไว้ที่ 2–10 Hz จะลบออฟเซ็ต DC และความถี่ต่ำมากที่จะรวมเข้าไปในข้อผิดพลาดการ漂流ขนาดใหญ่ ขั้นตอนนี้จำเป็นสำหรับการรวมความถี่ต่ำที่แม่นยำ
เรโซแนนซ์ของการติดตั้งเซนเซอร์ — งานด้านการจำกัดย่านความถี่
หนึ่ง มาตรความเร่ง เรโซแนนซ์ของการติดตั้ง — โดยทั่วไป 3–10 kHz สำหรับฐานแม่เหล็ก — สามารถทำให้ค่าที่อ่านบิดเบือนได้ เนื่องจากสิ่งแปลกปลอมนี้อยู่ที่ความถี่สูง high-pass filter จึงไม่สามารถกำจัดมันได้: ต้องกดมันด้วยการจำกัดช่วงความถี่บนด้วย low-pass (band-limiting) filter หรือหลีกเลี่ยงโดยใช้งานย่านวิเคราะห์ต่ำกว่าเรโซแนนซ์นั้น ใน envelope analysis บางครั้งบริเวณเรโซแนนซ์ยังถูกใช้อย่างตั้งใจเป็นย่านพาหะสำหรับ demodulation ด้วย เสียง การติดตั้งเซ็นเซอร์ แนวทางปฏิบัติเสริมการกรอง
การลบออฟเซ็ต DC
ตัวกรองความถี่สูงที่มีความถี่ตัดต่ำมาก (0.5–2 Hz) จะลบส่วนประกอบ DC ของสัญญาณ สิ่งนี้จำเป็นสำหรับการประมวลผลสัญญาณที่เหมาะสม ป้องกัน FFT ข้อผิดพลาดและการ漂流การรวม
3. การใช้งานจริง
ตัวกรองแอนะล็อกและดิจิทัล
ตัวกรองความถี่สูงแอนะล็อก เป็นวงจรฮาร์ดแวร์ภายในห่วงโซ่ปรับสภาพสัญญาณ พวกมันทำงานแบบเรียลไทม์เป็นส่วนหนึ่งของการปรับสภาพสัญญาณจากเซนเซอร์ (ขั้น anti-aliasing ที่ทำงานร่วมกันเป็น low-pass filter) และมีคุณลักษณะคงที่เมื่อออกแบบเสร็จแล้ว ตัวกรองความถี่สูงแบบดิจิทัล เป็นแบบใช้ซอฟต์แวร์และนำไปใช้ในการประมวลผลภายหลัง ความถี่ตัดและลำดับของมันสามารถปรับได้ และสามารถนำไปใช้หรือลบออกหลังจากการรวบรวมข้อมูล เครื่องวิเคราะห์สมัยใหม่นำเสนอตัวเลือกตัวกรองดิจิทัลหลายตัว ดังนั้นบันทึกเดียวกันสามารถตรวจสอบได้หลายวิธี
การเลือกความถี่ตัด
สำหรับ การวิเคราะห์ลูกปืน, ตั้งค่า fค สูงกว่าองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับโรเตอร์มาก — โดยทั่วไปจุดตัดอยู่ที่ 500–1000 Hz วิธีนี้จะกำจัดองค์ประกอบ 1×, 2× และองค์ประกอบความถี่ต่ำอื่น ๆ ของเครื่องจักร และปล่อยให้ย่านความถี่สูงของการสั่นพ้องเชิงโครงสร้างที่ถูกกระตุ้นจากการกระแทกของแบริ่งผ่านไปได้ โปรดทราบว่าความถี่การเกิดซ้ำของความเสียหายแบริ่งเอง (โดยทั่วไป 50–500 Hz) จะอยู่ต่ำกว่าจุดตัดดังกล่าว โดยจะถูกกู้คืนภายหลังในสเปกตรัมเอนเวโลปด้วยการดีมอดูเลตสัญญาณความถี่สูง ไม่ใช่ผ่านฟิลเตอร์โดยตรง สำหรับ การบูรณาการ, ตั้งค่า fค ที่ 2–5× ความถี่ต่ำสุดที่สนใจ: ต่ำเกินไปทำให้เกิดการดริฟต์ สูงเกินไปจะทำให้สัญญาณความถี่ต่ำที่ถูกต้องลดทอน โดยทั่วไป 2–10 Hz เหมาะสำหรับการอินทิเกรตทั่วไป
4. ผลกระทบต่อการวัด
ตัวกรองความถี่สูงเปลี่ยนแปลงสัญญาณในสามวิธีที่ผู้วิเคราะห์ต้องคำนึงถึง
- ผลกระทบต่อแอมพลิจูด: ความถี่ต่ำกว่าความถี่ตัดจะลดลง ความถี่ต่ำมากจะถูกขจัดออกไปโดยพื้นฐาน และความถี่สูงกว่าความถี่ตัดจะไม่ได้รับผลกระทบ บริเวณการเปลี่ยนผ่านจะแสดงการลดทอนแบบค่อยเป็นค่อยไป มไม่ใช่การลดลงอย่างหลวน ๆ
- ผลของเฟส: ตัวกรองทั้งหมดมีการเลื่อนเฟสที่ขึ้นอยู่กับความถี่ เฟส ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างของคลื่นในโดเมนเวลา ตัวกรอง Bessel จะลดการบิดเบือนเฟสให้น้อยที่สุด ซึ่งสำคัญเมื่อการตีความเวลาของคลื่นกำลังถูกพิจารณา
- ผลกระทบต่อคลื่น: ตัวกรองจะขจัดความแปรปรวนของเส้นฐานความถี่ต่ำและจัดกึ่งกลางสัญญาณ รูปคลื่นเวลา รอบศูนย์ ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงลักษณะที่ปรากฏได้ ดังนั้นจึงสำคัญที่ต้องทราบว่ามีการใช้ตัวกรองใดเมื่อตีความคลื่น
5. การรวมตัวกรองความถี่สูงกับตัวกรองอื่น ๆ
ตัวกรองความถี่สูงแทบจะไม่ทำงานคนเดียว การจับคู่ตัวกรองความถี่สูงกับตัวกรองความถี่ต่ำจะสร้าง ตัวกรองแบนด์พาส: HPF บล็อกความถี่ต่ำ LPF บล็อกความถี่สูง และการรวมจะส่งผ่านเฉพาะแถบกลาง — ซึ่งเป็นความเลือกสรรที่แน่นอนที่จำเป็นเพื่อแยกช่วงความถี่เฉพาะ ใน การประมวลผลแบบหลายขั้น ของสายการประมวลผล จะมีการใช้ anti-aliasing (ตัวกรองความถี่ต่ำ) ก่อนการดิจิตัลไลเซชัน ตัวกรองความถี่สูงจะขจัด DC และตัวกรองแบนด์เพสจะปรับสัญญาณสำหรับการวิเคราะห์เอนเวโลป การกรองแบบลำดับนี้จะสร้างการปรับสัญญาณที่ซับซ้อนจากขั้นตอนที่เรียบง่าย เมื่อต้องปฏิเสธส่วนประกอบแคบเดียว ฟิลเตอร์แบบรอยบาก เป็นเครื่องมือเสริม
6. การกรองความถี่สูงในการวัดสนาม
ในงานสนามในแต่ละวัน การตั้งค่าตัวกรองความถี่สูงที่ถูกต้องคือสิ่งที่ทำให้การชำรุดหลวมๆ ของลูกปืนมองเห็นได้ชัดขึ้นใต้การสั่นสะเทือนของโรเตอร์ที่เด่นชัด เครื่องวิเคราะห์แบบพกพาสองช่องสัญญาณ เช่น Balanset-1A จะวัดสัญญาณแบนด์วิดท์กว้างที่จำเป็นสำหรับการสมดุลและการวินิจฉัย และการใช้ขั้นตอนตัวกรองความถี่สูงก่อนการวิเคราะห์เอนเวโลปจะให้วิศวกรสามารถแยกแยะการชำรุดระยะเริ่มแรก ข้อบกพร่องของตลับลูกปืน จากการตอบสนองต่อความไม่สมดุล 1× ขนาดใหญ่บนเครื่องเดียวกัน การทำความเข้าใจลักษณะ high-pass — ความถี่ cutoff ลำดับของฟิลเตอร์ และผลกระทบต่อแอมพลิจูดและเฟส — จึงมีความจำเป็นสำหรับการวิเคราะห์แบริ่งที่สมเหตุสมผล การรวมสัญญาณที่เชื่อถือได้ และงานใด ๆ ที่ต้องการการวัดแบบเลือกความถี่
