了解追蹤濾波器
A 追蹤濾波器 — 也稱為階次追蹤濾波器或同步濾波器 — 是一種窄帶 帶通濾波器 用於 振動分析 儀器，其中心頻率會自動滑動以追蹤機器轉速的特定倍數或階次。例如，「1× 追蹤濾波器」會持續鎖定運轉速度頻率，拒絕其他所有頻率，僅通過基頻 1× 分量；2× 或 3× 濾波器則以相同方式追蹤兩倍或三倍運轉速度。由於濾波器是跟隨速度而非固定在某一頻率，因此它可以測量 振幅 與 相位 同步分量，即使機器正在加速或惰轉降速。這使得追蹤濾波器對於變速設備、啟動和 惰轉降速 瞬態過程，以及隔離 階次分析.
1. 追蹤濾波器的工作原理
基本原理
- 速度參考： a 轉速計 或 鍵相器 提供每轉一次的脈衝。
- 頻率計算： 儀器根據這些脈衝的間隔時間推導出瞬時轉動頻率。
- 階次乘法： 將該頻率乘以選定的階次數 — 1、2、3 等。
- 濾波器中心定位： 窄帶通濾波器以所得頻率為中心。
- 連續調整： 隨著速度變化，濾波器的中心頻率會無間斷地追蹤它。
- 輸出： 僅包含所選階次的乾淨濾波訊號。
其關鍵在於濾波器從屬於轉速計，因此它始終知道感興趣的階次目前位於頻率軸的何處 — 這是固定濾波器在速度變化的機器上永遠無法做到的。
濾波器特性
- 頻寬： 通常為中心頻率的 ±2–10%。
- 窄帶特性： 有效拒絕鄰近頻率。
- 追蹤速率： 能夠跟隨快速變化的速度。
- 多重濾波器： 現代儀器可以同時追蹤多個階次。
2. 應用
1. 啟動與惰轉降速分析
這是主要應用。當機器在其速度範圍內升速或惰轉降速時，追蹤濾波器會持續追蹤 1× 分量：
- 在瞬態過程中追蹤 1× 振幅和相位隨速度的變化 — 與在 升速.
- 生成 波德圖 中捕獲的振幅和相位隨速度變化的資料相同。
- 識別 臨界轉速 從振幅峰值確定共振頻率。
- 估算 阻尼 從每個共振峰的寬度估算阻尼。
- 同時追蹤 2× 和 3× 以揭示多個模態。
2. 變速設備
- 儘管速度不斷變化，仍能維持基於階次的測量。
- 速度隨工藝過程變化的 VFD 驅動馬達。
- 對陣風做出反應的風力渦輪機。
- 速度隨負載漂移的工藝設備。
- 無論速度如何波動，趨勢分析保持一致，因為所有資料均以階次為參考，而非固定頻率。
3. 動平衡校正
- 在整個 動平衡校正 過程中追蹤 1× 分量。
- 濾除非 1× 內容以獲得更清晰的讀數。
- 僅在 1× 頻率下進行相位測量。
- 透過拒絕無關的振動來源來提高準確度。
4. 特定階次分析
3. 追蹤濾波器的優勢
與轉速無關
- 無論轉速如何變化，測量結果皆具意義。
- 不同轉速下的資料可基於相同的轉子轉頻倍數進行比較。
- 對於任何無法維持恆定轉速的機器而言，此功能不可或缺。
成分隔離
- 將單一轉子轉頻倍數與其他所有頻率成分分離。
- 比全頻譜 FFT.
- 提升目標轉子轉頻倍數的信噪比。
- 可精確測量該轉子轉頻倍數的振幅與相位。此同步聚焦概念與 同步平均相似，兩者皆利用轉速感測器將與轉速鎖定的成分從雜訊中擷取出來。
瞬態分析
- 在轉速變化期間持續追蹤成分。
- 在加速與減速期間提供連續測量。
- 無需穩態條件。
- 揭示靜態測量會遺漏的轉速相依行為。
4. 限制與注意事項
需要轉速感測器
- 精確的轉速參考訊號為必要條件。
- 轉速感測器訊號的品質直接限制濾波器效能。
- 無法用於無轉速參考訊號的設備。
- 每轉一次的脈衝必須可靠，否則追蹤會失準。
僅追蹤同步成分
濾波器頻寬的權衡
- 窄頻濾波器： 對鄰近頻率的抑制效果更佳，但對轉速變化的反應較慢。
- 寬頻濾波器： 追蹤速度較快，但可能納入鄰近成分。
- 最佳： 5–10% 的頻寬適用於大多數應用，在選擇性與追蹤速度之間取得平衡。
5. 追蹤濾波器與 FFT 的比較
追蹤濾波器與 FFT 是互補而非競爭的工具。FFT 顯示固定轉速下的完整頻譜；追蹤濾波器則在轉速變化時追蹤單一轉子轉頻倍數。下表總結了各自的優勢領域。
| 功能 | FFT 分析 | 追蹤濾波器 |
|---|---|---|
| 轉速要求 | 適用於任何轉速 | 需要轉速感測器 |
| 轉速變化 | 需要恆定轉速 | 可處理變速 |
| 資訊 | 全頻譜，所有頻率 | 僅單一轉數倍數 |
| 非同步故障 | 偵測所有故障 | 遺漏非同步故障 |
| 瞬態分析 | 困難 | 優異 |
| 最適用於 | 一般診斷，穩態 | 臨界轉速分析、變速應用 |
6. 現代實現方式
數位追蹤濾波器
- 於現代分析儀的軟體中實現。
- 可同時追蹤多個轉子轉頻倍數——例如 1×、2×、3× 並行追蹤。
- 提供可調整的頻寬。
- 在瞬態期間即時顯示。
與階次分析整合
7. 現場動平衡中的追蹤濾波器
在便攜式儀器上，追蹤濾波器能在轉速無法完全穩定時，確保動平衡量測的準確性。透過僅通過 1× 階次並拒絕 其他所有訊號，它為軟體提供乾淨的振幅與相位向量作為運算基礎。 Balanset-1A Balanset 系列儀器正是採用此方法：其轉速計脈衝定義運轉轉速，在機器自身軸承處以運轉轉速提取同步 1× 成分，所得向量驅動試重與校正配重計算——並在校正後確認殘餘振動。追蹤濾波器是讓這些數值在真實、略微波動的機械上具備可重複性的關鍵機制。
追蹤濾波器是專業且強大的工具，特別適用於轉子動力學與變速設備。透過在轉速變化時持續鎖定特定階次，它們實現了普通 FFT 技術無法比擬的瞬態分析與轉速無關監測——這正是它們在臨界轉速識別與先進機械診斷中保持核心地位的原因。
