Hiểu về bộ lọc thông dải

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

Bộ dụng cụ cân bằng và chẩn đoán rung động hoàn chỉnh từ Vibromera, bao gồm bốn cảm biến rung động có dây cáp, mô-đun giao diện tín hiệu, máy đo tốc độ laser có chân đế từ tính, cân kỹ thuật số, cáp USB và hộp đựng. Hệ thống được thiết kế để cân bằng rô-to tại hiện trường và theo dõi tình trạng trên thiết bị công nghiệp.

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

Định nghĩa: Bộ lọc thông dải là gì?

Bộ lọc thông dải (BPF) là một phần tử xử lý tín hiệu chọn lọc tần số cho phép rung động Bộ lọc thông dải cho phép các thành phần trong một dải tần số xác định đi qua, đồng thời làm suy giảm các thành phần nằm dưới và trên dải tần đó. Nó kết hợp các đặc tính của bộ lọc thông cao (chặn tần số thấp) và bộ lọc thông thấp (chặn tần số cao) để tạo ra một "cửa sổ" chỉ cho phép một dải tần số trung bình được chọn đi qua. Bộ lọc thông dải được xác định bởi tần số trung tâm, băng thông và bậc/độ dốc của bộ lọc.

Trong phân tích rung động, bộ lọc thông dải là cần thiết cho phân tích phong bì (cách ly tần số va chạm ổ trục), chẩn đoán tập trung (kiểm tra các dải tần số cụ thể) và loại bỏ rung động không mong muốn bên ngoài dải tần số quan tâm để cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và độ rõ nét của phép đo.

Tham số bộ lọc

Tần số trung tâm (f0)

Giữa dải thông
Tần suất phản hồi bộ lọc tối đa
Được lựa chọn dựa trên tần suất nội dung quan tâm
Thông thường được chọn để phù hợp với tần số cộng hưởng hoặc lỗi

Băng thông (BW)

Sự định nghĩa: Dải tần số giữa các điểm -3 dB (f_high – f_low)
Băng hẹp: BW < 10% tần số trung tâm (có tính chọn lọc cao)
Băng thông rộng: BW > 50% tần số trung tâm (ít chọn lọc hơn)
Hệ số Q: Q = f0 / BW (Q cao hơn = hẹp hơn, chọn lọc hơn)

Đặc điểm của bộ lọc

Ngưỡng cắt thấp hơn (f_low): Tần số nơi độ dốc thấp hơn đạt tới -3 dB
Ngưỡng cắt trên (f_high): Tần số mà độ dốc trên đạt tới -3 dB
Yếu tố hình dạng: Tỷ lệ giữa độ rộng dải chặn và dải thông (đo độ chọn lọc)

Ứng dụng trong phân tích rung động

1. Phân tích bao (Ứng dụng chính)

Bước đầu tiên quan trọng trong việc phát hiện lỗi ổ trục:

Lựa chọn ban nhạc: 500 Hz – 10 kHz hoặc 1 kHz – 20 kHz điển hình
Mục đích: Cô lập các cộng hưởng mang tần số cao bị kích thích bởi các tác động
Quá trình: BPF → phát hiện phong bì → FFT của phong bì
Kết quả: Nâng cao tần số lỗi ổ trục có thể nhìn thấy rõ ràng

2. Phân tích dải cộng hưởng

Lọc xung quanh tần số cộng hưởng của kết cấu hoặc ổ trục
Tách biệt năng lượng cộng hưởng khỏi các tần số khác
Đánh giá sự kích thích và phản ứng ở chế độ cụ thể
Hữu ích cho việc khắc phục sự cố cộng hưởng

3. Cách ly dải tần số

Tập trung vào dải tần số chẩn đoán cụ thể
Ví dụ: 10-100 Hz để phân tích tần số thấp
Loại bỏ hiện tượng trôi tần số thấp và nhiễu tần số cao
Cải thiện độ rõ nét cho tần số quan tâm

4. Cách ly lưới bánh răng

BPF tập trung vào tần số lưới bánh răng
Vượt qua tần số lưới và dải bên
Chặn các giai đoạn bánh răng khác và tần số ổ trục
Cho phép phân tích bánh răng tập trung

Thiết kế bộ lọc thông dải

Bộ lọc thông thấp và thông cao xếp tầng

Triển khai phổ biến nhất:

Bộ lọc thông cao chặn tần số dưới f_low
Bộ lọc thông thấp chặn tần số trên f_high
Sự kết hợp chuỗi tạo ra dải thông
Mỗi bộ lọc góp phần vào tính chọn lọc tổng thể

Thiết kế thông dải trực tiếp

Được tối ưu hóa như bộ lọc đơn thay vì bộ lọc tầng
Phức tạp hơn nhưng có thể đạt được những đặc điểm tốt hơn
Được sử dụng trong các ứng dụng chuyên biệt

Những cân nhắc thực tế

Sự đánh đổi trong lựa chọn băng thông

Băng thông hẹp

Thuận lợi: Độ chọn lọc tốt hơn, loại bỏ tần số liền kề mạnh hơn
Nhược điểm: Có thể bỏ lỡ các biến thể tần số, yêu cầu điều chỉnh chính xác
Sử dụng: Khi tần số chính xác được biết đến và ổn định

Băng thông rộng

Thuận lợi: Ghi lại các biến thể tần số, điều chỉnh ít quan trọng hơn
Nhược điểm: Ít bị loại bỏ các tần số không mong muốn gần đó
Sử dụng: Khi tần số thay đổi hoặc phạm vi tần số cần thiết

Đối với Phân tích Phong bì

Các dải tần số điển hình: 500-2000 Hz, 1000-5000 Hz, 5000-20000 Hz
Lựa chọn: Chọn băng tần có độ kích thích cộng hưởng ổ trục tốt
Xác minh: Kiểm tra phổ gia tốc thô để xác định cộng hưởng
Tối ưu hóa: Điều chỉnh để tối đa hóa tín hiệu lỗi ổ trục

Hiệu ứng bộ lọc trên tín hiệu

Hiệu ứng dạng sóng thời gian

Dạng sóng được lọc chỉ hiển thị tần số trong dải thông
Xuất hiện như sóng mang được điều chế (nếu băng hẹp)
Loại bỏ các biến thể tần số thấp và tiếng ồn tần số cao
Có thể đơn giản hóa việc giải thích dạng sóng

Hiệu ứng quang phổ

Biên độ băng thông được bảo toàn
Biên độ dải dừng giảm (điển hình 40-80 dB)
Phổ sạch hơn tập trung vào dải quan tâm
Giảm độ ồn nền nếu tiếng ồn nằm ngoài dải thông

Bộ lọc thông dải kỹ thuật số so với bộ lọc thông dải tương tự

Bộ lọc tương tự

Triển khai phần cứng trong đường dẫn tín hiệu
Hoạt động thời gian thực
Các đặc điểm cố định một khi đã được thiết kế
Được sử dụng trong khử răng cưa và điều hòa tín hiệu

Bộ lọc kỹ thuật số

Xử lý phần mềm sau khi số hóa
Các thông số có thể điều chỉnh
Có thể áp dụng/tháo bỏ sau khi thu thập
Máy phân tích hiện đại cung cấp nhiều tùy chọn BPF kỹ thuật số

Ứng dụng phổ biến theo dải tần số

Băng thông tần số thấp (10-200 Hz)

Phân tích mất cân bằng và lệch hướng
Giám sát máy móc tốc độ thấp
Rung động nền móng và kết cấu

Dải thông tần số trung bình (200-2000 Hz)

Tần số lưới bánh răng
Tần số đi qua cánh/cánh quạt
Tần số lỗi ổ trục thấp hơn

Băng thông tần số cao (2-40 kHz)

Phân tích vỏ khuyết tật ổ trục
Tác động tần số cao
Tần số siêu âm
Kích thích cộng hưởng ổ trục

Bộ lọc thông dải là công cụ xử lý tín hiệu đa năng, cho phép phân tích tập trung các dải tần số cụ thể, đồng thời loại bỏ các thành phần tần số thấp và cao không mong muốn. Việc thành thạo lựa chọn và ứng dụng bộ lọc thông dải—đặc biệt là trong phân tích đường bao và cách ly dải tần—là điều cần thiết cho chẩn đoán rung động nâng cao và trích xuất hiệu quả thông tin chẩn đoán từ các đặc trưng rung động phức tạp.

← Quay lại Mục lục chính

Bộ lọc thông dải là gì? Lựa chọn dải tần số

Được xuất bản bởi admin trên Tháng 10 31, 2025 Tháng 10 31, 2025