理解带通滤波器

设备

便携式平衡器和振动分析仪 Balanset-1A

部件

振动传感器。

部件

光学传感器（激光转速计）。

设备

Balanset-4

部件

磁座尺寸-60-kgf。

部件

反射胶带。

设备

Dynamic balancer "Balanset-1A" OEM

定义：什么是带通滤波器？

带通滤波器 带通滤波器（BPF）是一种频率选择性信号处理元件，它允许振动它允许特定频段内的信号通过，同时衰减该频段上下限的信号。它结合了高通滤波器（阻挡低频信号）和低通滤波器（阻挡高频信号）的特性，形成一个只允许选定的中频范围通过的“窗口”。带通滤波器由其中心频率、带宽和滤波阶数/陡度决定。.

在振动分析中，带通滤波器对于……至关重要。包络分析（隔离轴承冲击频率）、重点诊断（检查特定频率范围）以及消除感兴趣频段之外的不必要振动，以提高信噪比和测量清晰度。.

滤波器参数

中心频率（f0）

通带中心
最大滤波器响应频率
根据感兴趣的频率内容进行选择
通常选择与谐振频率或故障频率相匹配的频率。

带宽（BW）

定义： -3 dB 点之间的频率范围（f_high – f_low）
窄带： 黑白中心频率 < 10%（高选择性）
宽带： 中心频率的带宽 > 50%（选择性较差）
Q因子： Q = f0 / BW（Q 值越高，选择性越强，信号越窄）

滤波器特性

下限截止值（f_low）： 下斜率达到 -3 dB 时的频率
上限截止频率（f_high）： 上斜率达到 -3 dB 时的频率
形状因子： 阻带宽度与通带宽度之比（选择性指标）

振动分析的应用

1. 包络分析（主要应用）

轴承缺陷检测的关键第一步：

乐队选择： 典型值：500 Hz – 10 kHz 或 1 kHz – 20 kHz
目的： 隔离冲击引起的高频轴承共振
过程： 带通滤波器 → 包络检波 → 快速傅里叶变换信封
结果： 增强型轴承故障频率清晰可见

2. 共振带分析

围绕结构或轴承共振频率进行滤波
将共振能量与其他频率的能量隔离开来
评估特定模式下的兴奋和反应
有助于解决共振问题

3. 频率范围隔离

重点关注特定诊断频率范围
例如：低频分析的频率范围为 10-100 Hz
消除低频漂移和高频噪声
提高目标频率的清晰度

4. 齿轮啮合隔离

以齿轮啮合频率为中心的BPF
传递网状频率和边带
阻塞其他齿轮级和轴承频率
实现专注的齿轮分析

带通滤波器设计

级联低通和高通滤波器

最常见的实现方式：

高通滤波器会阻挡低于 f_low 的频率。
低通滤波器会阻挡高于 f_high 的频率。
串联组合形成带通滤波器
每个过滤器都对总选择性有所贡献。

直接带通设计

优化为单个滤波器而非级联滤波器
更复杂但能达到更好的特性
用于特殊用途

实际考虑

带宽选择的权衡

窄带宽

优点： 更好的选择性，更强的相邻频率抑制能力
缺点： 可能无法捕捉频率变化，需要精确调谐
使用： 当精确频率已知且稳定时

宽带

优点： 能够捕捉频率变化，对调谐的要求较低
缺点： 对附近不需要的频率的排斥作用较小
使用： 当频率变化或需要一定范围的频率时

包络分析

典型乐队： 500-2000赫兹、1000-5000赫兹、5000-20000赫兹
选择： 选择具有良好轴承共振激励的频段
核实： 检查原始加速度频谱以识别共振
优化： 调整以最大化轴承缺陷信号

滤波器对信号的影响

时间波形效应

滤波后的波形仅显示通带内的频率。
表现为调制载波（如果是窄带）
消除低频变化和高频噪声
可以简化波形解释

光谱效应

通带幅度保持不变
阻带幅度降低（通常降低 40-80 dB）
更清晰的光谱，重点关注目标波段。
如果噪声位于通带之外，则噪声基底会降低。

数字带通滤波器与模拟带通滤波器

模拟滤波器

信号路径中的硬件实现
实时操作
一旦设计完成，其特性就固定下来了。
用于抗混叠和信号调理

数字滤波器

数字化后的软件处理
可调参数
可在采集后应用/移除
现代分析仪提供丰富的数字带通滤波器选项

按频率范围划分的常见应用

低频带通滤波器（10-200 Hz）

不平衡和错位分析
低速机械监控
基础和结构振动

中频带通滤波器（200-2000 Hz）

齿轮啮合频率
叶片/导叶通过频率
轴承故障频率降低

高频带通滤波器（2-40 kHz）

轴承缺陷包络分析
高频冲击
超声波频率
轴承共振激励

带通滤波器是一种用途广泛的信号处理工具，它能够对特定频率范围进行重点分析，同时滤除不需要的低频和高频分量。掌握带通滤波器的选择和应用——尤其是在包络分析和频率范围隔离方面——对于高级振动诊断以及从复杂的振动特征中有效提取诊断信息至关重要。.

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什么是带通滤波器？频率带选择

由 admin 于 10 月 31, 2025 10 月 31, 2025 发布