Alçak Geçirgen Filtreleri Anlama
Tanım: Alçak Geçiren Filtre Nedir?
Alçak geçiren filtre (LPF), frekans seçici bir sinyal işleme elemanıdır. titreşim Belirtilen bir kesme frekansının altındaki bileşenlerin geçmesine izin verirken, kesme frekansının üzerindeki bileşenleri zayıflatır (azaltır veya engeller). Titreşim Analizi, düşük geçişli filtreler, anti-aliasing (dijital sistemlerde yanlış frekansları önleme), gürültü azaltma ve odaklanmış analiz için düşük frekanslı titreşim bileşenlerini izole etme gibi kritik işlevlere hizmet eder.
Alçak geçiren filtreler, titreşim enstrümantasyonunda muhtemelen en yaygın kullanılan filtrelerdir, her sayısallaştırma sisteminde kenar yumuşatma filtreleri olarak bulunur ve verileri yumuşatmak, yüksek frekanslı gürültüyü gidermek ve düşük frekanslı olaylara odaklanmak için analiz araçları olarak kullanılabilir.
Filtre Özellikleri
Kesme Frekansı (fc)
- Tanım: Filtre tepkisinin -3 dB'ye (70.7% genliği) düştüğü frekans
- Aşağıdaki fc (Geçiş Bandı): Frekanslar minimum zayıflamayla geçer
- Yukarıdaki fc (Stopband): Frekanslar giderek zayıfladı
- Geçiş Bandı: Zayıflamanın arttığı fc çevresindeki bölge
Filtre Sırası ve Roll-Off
- 1. Derece: 6 dB/oktav (20 dB/on yıl) – kademeli azalma
- 2. Derece: 12 dB/oktav (40 dB/on yıl) – orta
- 4. Derece: 24 dB/oktav (80 dB/on yıl) – dik
- 8. Derece: 48 dB/oktav (160 dB/on yıl) – çok dik
- Yüksek Düzey: Daha keskin geçiş, daha iyi durdurma bandı reddi
Filtre Yanıt Türleri
- Butterworth: Maksimum düz geçiş bandı, dalgalanma yok
- Çebışev: Daha keskin kesme, geçiş bandı dalgalanmasına izin verir
- Bessel: Doğrusal faz (minimum dalga formu bozulması)
- Eliptik: En keskin geçiş, her iki bantta da dalgalanma
Birincil Uygulamalar
1. Kenar Yumuşatma (En Kritik)
Dijital sistemlerde hatalı frekansları önler:
- Amaç: Nyquist frekansının üzerindeki blok frekansları (yarım örnekleme hızı)
- Gereklilik: Analogdan dijitale dönüşümden önce
- Tipik Kesinti: 0,4-0,8 × (Örnekleme Oranı / 2)
- Diklik: İyi takma ad reddi için genellikle 8. derece veya daha yüksek
- Kritik: Yetersiz kenar yumuşatma, yanlış spektral tepe noktaları oluşturur
2. Gürültü Azaltma
- Yüksek frekanslı elektriksel gürültüyü giderin
- Sensör kablosu gürültüsünü filtreleyin
- Trendler için düzgün veriler
- Düşük frekanslı bileşenler için sinyal-gürültü oranını iyileştirin
3. Frekans Aralığı Sınırlaması
- İlgi duyulan frekans aralığına odaklanılarak analiz yapılması
- Örnek: Düşük hızlı makineler için 0-100 Hz analizi
- İlgisiz yüksek frekanslı içeriği kaldırır
- Veri işleme ve depolama gereksinimlerini azaltır
4. Entegrasyon Hazırlığı
- Hızlanmayı hıza entegre etmeden önce
- Çok yüksek frekansları (yükseltilecek gürültüyü) kaldırın
- Tipik kesme: Uygulamaya bağlı olarak 1000-5000 Hz
- Entegrasyonda gürültünün artmasını önler
Kesme Frekansının Seçilmesi
Kenar Yumuşatma Uygulamaları
- Kural: fc = 0,4 × Örnekleme Hızı (muhafazakar) ila 0,8 × Örnekleme Hızı (agresif)
- Örnek: 10 kHz örnekleme hızı → fc = 4000 Hz
- Kriter: Nyquist frekansında durdurma bandı zayıflaması > 60 dB
Analitik Uygulamalar
- Fc'yi ilgi duyulan en yüksek frekansın hemen üstüne ayarlayın
- Düşük frekanslı analiz için (0-200 Hz): fc = 200-300 Hz
- Sadece dengesizlik için (1×): fc = 5-10× koşu hızı
- Filtre geçiş bandı için boşluk bırakın
Gürültü Azaltma
- Spektrumdan gürültü frekans aralığını belirleyin
- Fc'yi sinyal frekanslarını geçirecek, gürültü frekanslarını reddedecek şekilde ayarlayın
- Gürültü giderme ve sinyal koruma arasında denge
Ölçümler Üzerindeki Etkiler
Genlik Alanı
- Geçiş bandı: Minimum genlik değişimi (< 0,5 dB (tipik olarak)
- Durdurma bandı: Güçlü zayıflama (40-80 dB veya daha fazla)
- Genel Seviye: Yüksek frekanslar mevcutsa genel titreşimi azaltır
Zaman Alanı
- Dalga biçimi düzeltildi (yüksek frekanslı değişimler kaldırıldı)
- Keskin kenarlar veya sivri uçlar yuvarlatılmıştır
- Geçici tepki (filtre çınlaması) dalga formunun şeklini etkileyebilir
- Faz bozulması dalga formu yorumunu etkileyebilir
Frekans Alanı
- Spektrum, kesme noktasının üzerinde azalmış genlikler gösteriyor
- Yüksek frekanslı tepe noktaları azaltıldı veya ortadan kaldırıldı
- Gürültü yüksek frekanslıysa gürültü tabanı düşürüldü
Yaygın Sorunlar ve Çözümleri
Yetersiz Kenar Yumuşatma
- Belirti: Yanlış düşük frekanslı tepe noktaları spektrum
- Neden: Yüksek frekanslar Nyquist'in altına geri katlanıyor
- Çözüm: Daha dik filtre kullanın, örnekleme hızını artırın, filtrenin çalıştığını doğrulayın
Kesme Çok Düşük
- Belirti: Geçerli yüksek frekanslı sinyaller zayıflatıldı
- Örnek: Aşırı agresif LPF nedeniyle yatak frekansları azaldı
- Çözüm: Kesme frekansını artırın, daha yumuşak filtre eğimi kullanın
Filtre Eserleri
- Zil sesi: Keskin filtre kesintisinden kaynaklanan zaman alanındaki salınımlar
- Faz Bozulması: Faz kaymalarından kaynaklanan dalga formu şekli değişiklikleri
- Çözüm: Kritik dalga formu uygulamaları için Bessel filtresini kullanın
Tamamlayıcı Filtreler
Düşük Geçişli ve Yüksek Geçişli
- Alçak Geçirgen: Düşük frekansları geçer, yüksek frekansları engeller
- Yüksek Geçiş: Yüksek frekansları geçer, düşük frekansları engeller
- Tamamlayıcı: Bant geçişli filtreleme için birlikte kullanılır
Bant Geçiren Filtre
- Kombinasyon: HPF + LPF
- Yalnızca belirtilen banttaki frekansları geçirir
- Hem alt hem de üst bandı reddeder
- İçin gerekli zarf analizi
Alçak geçiren filtreler, titreşim ölçüm sistemlerinde temel bileşenlerdir ve kenar yumuşatma korumasından gürültü azaltmaya ve frekans aralığı seçimine kadar önemli işlevler görürler. Alçak geçiren filtrenin çalışmasını, doğru kesme frekansı seçimini ve ölçülen sinyaller üzerindeki etkilerini anlamak, dijital veri toplama sistemlerinde doğru titreşim analizi ve ölçüm hatalarından kaçınmak için çok önemlidir.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 