Розуміння низькочастотних фільтрів
Визначення: Що таке фільтр низьких частот?
Низькочастотний фільтр (ФНЧ) – це елемент частотно-селективної обробки сигналу, який дозволяє вібрація пропускаючи компоненти нижче заданої граничної частоти, одночасно ослаблюючи (зменшуючи або блокуючи) компоненти вище граничної частоти. аналіз вібрації, Низькочастотні фільтри виконують критично важливі функції, включаючи згладжування (запобігання хибним частотам у цифрових системах), зменшення шуму та ізоляцію низькочастотних вібраційних компонентів для цілеспрямованого аналізу.
Низькочастотні фільтри, мабуть, є найпоширенішими фільтрами у вібраційних приладах, присутні в кожній системі оцифрування як фільтри згладжування та доступні як інструменти аналізу для згладжування даних, видалення високочастотного шуму та зосередження на низькочастотних явищах.
Характеристики фільтра
Частота зрізу (fc)
- Визначення: Частота, на якій характеристика фільтра падає до -3 дБ (амплітуда 70,71 TP3T)
- Нижче fc (смуга пропускання): Частоти проходять з мінімальним затуханням
- Вище fc (смуга гальмування): Частоти поступово ослаблені
- Перехідна смуга: Область навколо fc, де затухання збільшується
Порядок фільтрації та скидання
- 1-й порядок: 6 дБ/октава (20 дБ/декада) – поступове зниження частоти
- 2-й порядок: 12 дБ/октава (40 дБ/декада) – помірний
- 4-й порядок: 24 дБ/октаву (80 дБ/декаду) – крутий
- 8-й орден: 48 дБ/октава (160 дБ/декада) – дуже крутий
- Вищий порядок: Різкіший перехід, краще придушення смуги затримування
Типи відповідей фільтрів
- Баттерворт: Максимально рівна смуга пропускання, без пульсацій
- Чебишев: Чіткіший зріз, що дозволяє пульсувати смузі пропускання
- Бессель: Лінійна фаза (мінімальне спотворення форми хвилі)
- Еліптичний тренажер: Найчіткіший перехід, брижі в обох діапазонах
Основні застосування
1. Згладжування (найважливіше)
Запобігає виникненню хибних частот у цифрових системах:
- Призначення: Блокові частоти вище частоти Найквіста (половина частоти дискретизації)
- Вимога: До аналого-цифрового перетворення
- Типове відсікання: 0,4-0,8 × (частота дискретизації / 2)
- Крутизна: Зазвичай 8-го порядку або вище для гарного придушення псевдонімів
- Критично: Недостатнє згладжування створює хибні спектральні піки
2. Зменшення шуму
- Видалення високочастотного електричного шуму
- Фільтрування шуму кабелю датчика
- Плавні дані для відображення трендів
- Покращення співвідношення сигнал/шум для низькочастотних компонентів
3. Обмеження діапазону частот
- Фокусний аналіз на діапазоні частот, що цікавить
- Приклад: аналіз 0-100 Гц для низькошвидкісних машин
- Видаляє нерелевантний високочастотний контент
- Зменшує вимоги до обробки та зберігання даних
4. Підготовка до інтеграції
- Перед інтегруванням прискорення зі швидкістю
- Видалити дуже високі частоти (шум, який би посилювався)
- Типова частота зрізу: 1000-5000 Гц залежно від застосування
- Запобігає посиленню шуму під час інтеграції
Вибір частоти зрізу
Програми згладжування
- Правило: fc = від 0,4 × частота дискретизації (консервативний режим) до 0,8 × частота дискретизації (агресивний режим)
- Приклад: Частота дискретизації 10 кГц → fc = 4000 Гц
- Критерій: Згасання в смузі затримування > 60 дБ на частоті Найквіста
Аналітичні застосування
- Встановіть fc трохи вище найвищої частоти, яка вас цікавить
- Для низькочастотного аналізу (0-200 Гц): fc = 200-300 Гц
- Тільки для дисбалансу (1×): fc = 5-10× швидкість руху
- Залиште поле для смуги переходу фільтра
Зниження рівня шуму
- Визначте діапазон частот шуму зі спектру
- Встановити fc для пропускання частот сигналу, відхилення частот шуму
- Баланс між видаленням шуму та збереженням сигналу
Вплив на вимірювання
Амплітудний домен
- Смуга пропускання: Мінімальна зміна амплітуди (< 0,5 дБ (зазвичай)
- Смуга зупинки: Сильне затухання (40-80 дБ або більше)
- Загальний рівень: Зменшує загальну вібрацію, якщо присутні високі частоти
Часова область
- Згладжена форма хвилі (видалено високочастотні коливання)
- Гострі краї або закруглені шипи
- Перехідна характеристика (дзвін фільтра) може впливати на форму сигналу
- Фазове спотворення може впливати на інтерпретацію сигналу
Частотна область
- Спектр показує зменшені амплітуди вище граничного значення
- Зменшення або усунення високочастотних піків
- Рівень шуму знижений, якщо шум був високочастотним
Поширені проблеми та рішення
Недостатнє згладжування
- Симптом: Хибні низькочастотні піки в спектр
- Причина: Високі частоти згинаються нижче Найквіста
- Рішення: Використайте крутіший фільтр, збільште частоту дискретизації, перевірте працездатність фільтра
Занизьке відсікання
- Симптом: Дійсні високочастотні сигнали ослаблені
- Приклад: Зниження частоти підшипників через надмірно агресивний ФНЧ
- Рішення: Збільште частоту зрізу, використовуйте пологий нахил фільтра
Фільтрувати артефакти
- Дзвін: Коливання у часовій області від різкого відсікання фільтра
- Фазове спотворення: Зміни форми хвилі від фазових зсувів
- Рішення: Використовуйте фільтр Бесселя для застосувань з критично важливими формами сигналу
Додаткові фільтри
Низькочастотний проти високочастотного
- Низькочастотний: Пропускає низькі частоти, блокує високі
- Високі частоти: Пропускає високі частоти, блокує низькі
- Додаткові: Використовуються разом для смугової фільтрації
Смуговий фільтр
- Комбінація: ФВЧ + ФНЧ
- Пропускає лише частоти у вказаному діапазоні
- Відхиляє як сигнали нижче, так і вище діапазону
- Необхідний для аналіз конверта
Низькочастотні фільтри є фундаментальними компонентами систем вимірювання вібрації, що виконують важливі функції, від захисту від згладжування до зменшення шуму та вибору діапазону частот. Розуміння роботи низькочастотного фільтра, правильного вибору частоти зрізу та його впливу на вимірювані сигнали має вирішальне значення для точного аналізу вібрації та уникнення артефактів вимірювання в системах цифрового збору даних.
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 