了解訊號濾波
訊號濾波 是一種在 振動分析 中使用的關鍵訊號處理技術，用於從訊號中移除不必要的頻率成分，或隔離感興趣的特定頻率。濾波器本質上是一種電子電路或軟體演算法，允許某些頻率「通過」，同時阻擋或衰減其他頻率。它是該領域中默默無聞的功臣之一：濾波在每台數位 振動分析儀 以確保正在分析的資料乾淨、準確，並且與當前的診斷任務相關。
1. 定義：什麼是訊號濾波？
每次原始振動測量都是您需要的訊號與不需要的訊號的混合體——感測器雜訊、結構共振、電氣嗡嗡聲，以及與當前工作無關的頻率範圍的能量。濾波器由其 截止頻率 （開始衰減的點）及其 滾降 （超過該點後衰減的陡峭程度）定義。濾波的藝術在於讓訊號的診斷內容通過，同時抑制所有會掩蓋它的東西。做得好，它無形無跡；做得不好，它可能會隱藏您正在尋找的故障。
2. 振動分析中常見的濾波器類型
訊號處理中有四種基本類型的濾波器，每種在分析儀的訊號鏈中都有專門的作用：
- 低通濾波器: 允許低頻通過，但阻擋高頻。訊號開始衰減的頻率即為截止頻率。
- 高通濾波器: 低通濾波器的相反——它允許高頻通過並阻擋低頻。
- 帶通濾波器: 允許特定的頻帶或頻率範圍通過，同時阻擋較低和較高的頻率。實際上，它是高通濾波器和低通濾波器共同工作的結果。
- 帶阻（或 陷波）濾波器： 帶通濾波器的相反——它阻擋一個狹窄的頻帶，同時允許所有其他頻率通過。陷波濾波器是拒絕單一干擾音（例如市電頻率電氣干擾）的首選工具。
3. 濾波的主要應用
濾波器在振動分析儀中以多種關鍵方式使用。
a) 抗混疊濾波器
這 arguably 是濾波最重要的應用。抗混疊濾波器是一種陡峭的低通濾波器，應用於類比訊號 校正前 數位化之前。其目的是移除使用者為測量選擇的最大頻率（Fmax）以上的所有頻率成分。
這對於防止 混疊，一種嚴重的數位訊號處理錯誤，其中高頻「摺疊」並偽裝成低頻，從而從原本良好的資料中產生完全錯誤的 頻譜 。因為一旦資料採樣，混疊就無法撤銷——假峰值與真實峰值無法區分——抗混疊濾波器必須在類比域中作用，位於轉換器之前。它是保證所有數位振動資料完整性的單一元件。
b) 積分與微分
振動以加速度、速度或位移進行測量。雖然 加速規 是最常見的感測器，但分析師通常希望以速度為單位查看資料，這通常需要分析儀對加速度訊號進行積分。積分會嚴重放大極低頻雜訊——熟悉的「滑雪坡」，向零 Hz 陡峭上升。高通濾波器在積分前移除此雜訊，以產生乾淨、可用的速度或位移頻譜。相反的操作，微分，具有相反的趨勢，會放大高頻雜訊。
c) 包絡分析（解調）
包絡分析，檢測 軸承缺陷的主要技術，高度依賴濾波。該過程包括：
- 使用 帶通濾波器 的主要技術，用於隔離存在軸承衝擊訊號（以及它們激發的任何結構共振）的高頻頻帶。
- 通過解調處理此濾波訊號，以提取衝擊的重複率（「包絡」）。
- 分析此包絡訊號的頻譜以識別軸承故障頻率。
此處的帶通濾波器至關重要，用於移除高能量、低頻訊號（例如運轉速度下的不平衡），否則這些訊號會在軸承缺陷訊號達到危險尺寸之前很久就將其淹沒。
d) 診斷濾波
分析師也可以在資料收集後應用數位濾波器以輔助診斷。例如，帶通濾波器可以隔離特定 齒輪嚙合頻率 周圍的振動，以更清楚地查看 邊頻帶 揭示正在發展的齒輪故障。階次追蹤濾波器在變速機器上執行相關工作，隨著運轉速度的變化鎖定所選的運轉速度倍數。
4. 現場動平衡中的濾波
濾波不僅是診斷輔助——它是 現場動平衡的基礎。為了對轉子進行動平衡校正，儀器必須精確提取 1× 運轉速度下的振動並拒絕其他所有訊號。像 Balanset-1A 這樣的便攜式雙通道分析儀使用同步追蹤濾波器，參考其 轉速計的每轉一次脈衝，以測量 1× 振幅和 相位 即使在寬頻雜訊很高的情況下也能清晰測量。沒有這種濾波，用於計算校正配重的小而可重複的 1× 向量將丟失在周圍雜訊中。
5. 陷阱與良好實踐
- 濾掉證據： 過於激進的低通設定可能會移除包含最早軸承缺陷症狀的高頻成分。選擇適合您正在尋找的故障的 Fmax。
- 相位失真： 濾波器會在其截止頻率附近改變訊號的相位。在相位重要的場合——動平衡校正、 軌跡 圖——具有良好行為、線性相位響應的濾波器至關重要。
- 忘記頻帶： 在包絡分析中，選擇一個錯過攜帶軸承能量的共振的帶通中心，會產生平坦、無用的包絡頻譜。
