Розуміння фільтрів високих частот
Визначення: Що таке фільтр високих частот?
Фільтр високих частот (ФВЧ) – це елемент частотно-селективної обробки сигналів, який дозволяє вібрація пропускаючи компоненти вище заданої граничної частоти, одночасно ослаблюючи (зменшуючи) компоненти нижче граничної частоти. В аналіз вібрації, фільтри високих частот використовуються для видалення низькочастотних коливань (від дисбаланс, невідповідність) та зосередитися на високочастотному контенті (від дефекти підшипників, зачеплення зубчастих коліс, електричні частоти) або для усунення резонансних ефектів кріплення датчика та зміщень постійного струму.
Фільтри високих частот є основними компонентами в аналіз конверта, системи згладжування та кондиціонування сигналів, що дозволяє витягувати діагностичну інформацію з певних частотних діапазонів, одночасно відкидаючи небажані низькочастотні компоненти, які можуть маскувати або перекривати сигнали, що цікавлять.
Характеристики фільтра
Частота зрізу (fc)
- Визначення: Частота, на якій характеристика фільтра падає до -3 дБ (70,71 TP3T амплітуди смуги пропускання)
- Нижче ФК: Частоти поступово ослаблені
- Вище фк: Частоти проходять з мінімальним затуханням
- Вибір: Виберіть фк на основі застосування та частотного вмісту, що цікавить
Крут фільтра (швидкість спаду)
- Швидкість затухання нижче граничної частоти
- Виражається в дБ на октаву або дБ на декаду
- 1-й порядок: 6 дБ/октава (20 дБ/декада) – пологий нахил
- 2-й порядок: 12 дБ/октава (40 дБ/декада) – помірний нахил
- 4-й порядок: 24 дБ/октава (80 дБ/декада) – крутий схил
- Вищий порядок: Різкіший перехід, краще відхилення, але складніше
Типи фільтрів
- Баттерворт: Максимально рівна смуга пропускання
- Чебишев: Чіткіший зріз, але з пульсаціями в смузі пропускання
- Бессель: Найкращі характеристики в часовій області (мінімальне фазове спотворення)
- Еліптичний тренажер: Найчіткіший перехід, але пульсації як у смузі пропускання, так і в смузі затримування
Застосування в аналізі вібрацій
1. Виявлення дефектів підшипників
Найпоширеніше застосування:
- Відсікання: Зазвичай 500-2000 Гц
- Призначення: Усунення низькочастотного дисбалансу та вібрації від перекосу
- Результат: Зосередьтеся на високочастотних сигналах удару підшипника
- Використання: Перший етап обробки аналізу огинаючої
2. Інтегрування для швидкості/переміщення
- При інтегруванні прискорення зі швидкістю або переміщенням
- ФВЧ при 2-10 Гц усуває зміщення постійного струму та дуже низькі частоти
- Запобігає помилкам інтегрування та дрейфу
- Необхідний для точного інтегрування низьких частот
3. Усунення резонансу кріплення датчика
- Резонанс кріплення акселерометра (зазвичай 3-10 кГц для магнітного кріплення)
- HPF усуває цей резонансний артефакт
- Гарантує, що вимірювання відображають вібрацію машини, а не вплив датчиків
4. Видалення зміщення постійного струму
- ФВЧ з дуже низьким граничним значенням (0,5-2 Гц) усуває постійну складову
- Необхідно для належної обробки сигналу
- Запобігає помилкам швидкого перетворення Фур'є та дрейфу інтегрування
Практичне впровадження
Аналогові та цифрові фільтри
Аналогові фільтри високих частот
- Апаратні схеми в кондиціонуванні сигналів
- Робота в режимі реального часу
- Згладжування та кондиціонування сенсора
- Фіксовані характеристики після розробки
Цифрові фільтри високих частот
- Програмна постобробка
- Регульований відсікаючий сигнал та порядок фільтрації
- Можна застосувати/видалити після збору даних
- Сучасні аналізатори пропонують кілька варіантів фільтрації
Вибір частоти зрізу
Для аналізу підшипників
- Встановіть fc нижче найнижчої частоти несправностей підшипника
- Типове: гранична частота 500-1000 Гц
- Видаляє 1×, 2×, зачеплення зубчастих коліс тощо.
- Пропускає частоти несправностей підшипників (зазвичай 50-500 Гц) та їх високочастотну модуляцію
Для інтеграції
- Встановіть fc на рівні 2-5× найнижчої частоти, що вас цікавить
- Занадто низько: допускає дрейф
- Занадто високий: послаблює допустимі низькочастотні компоненти
- Типово: 2-10 Гц для загальної інтеграції
Вплив на вимірювання
Амплітудні ефекти
- Частоти нижче граничного значення зі зменшеною амплітудою
- Дуже низькі частоти практично виключені
- Частоти значно вище граничних не змінюються
- Перехідний регіон демонструє поступове скорочення
Фазові ефекти
- Фільтри вводять фаза зсув
- Залежність фазового зсуву від частоти
- Може впливати на форму сигналу в часовій області
- Фільтри Бесселя мінімізують фазові спотворення
Ефекти хвильової форми
- Видаляє низькочастотні коливання базової лінії
- Центрує хвилю навколо нуля
- Може змінювати видимий характер хвилі
- Важливо розуміти фільтрацію під час інтерпретації сигналів
У поєднанні з іншими фільтрами
Високочастотний + низькочастотний = смуговий
- ФВЧ блокує низькі частоти
- ФНЧ блокує високі частоти
- Комбінація проходить лише середню смугу
- Створює смуговий фільтр для певного діапазону частот
Високочастотний сигнал у багатоетапній обробці
- Згладжування (низькочастотне згладжування) перед оцифруванням
- Верхні частоти для видалення постійного струму
- Смуга пропускання для аналізу обвідної
- Послідовна фільтрація для складного формування сигналів
Високочастотні фільтри є важливими інструментами обробки сигналів у вібраційному аналізі, що дозволяють ізолювати високочастотну діагностичну інформацію шляхом видалення домінантних низькочастотних компонентів. Розуміння характеристик високочастотних фільтрів – частоти зрізу, порядку фільтрації та впливу на амплітуду та фазу – має вирішальне значення для правильного застосування в аналізі підшипників, інтеграції сигналів та будь-якому аналізі, що вимагає частотно-селективного вимірювання.
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 