了解跟踪过滤器
A 跟踪滤波器 ——也称为顺序跟踪滤波器或同步滤波器——是一种窄带 带通滤波器 用于 振动分析 一种能够自动调整中心频率以追踪机器转速特定倍数（或阶次）的仪器。 例如，“1×跟踪滤波器”会持续锁定在运行速度频率上，抑制所有其他频率，仅通过基频1×分量；2×或3×滤波器则以同样的方式跟踪运行速度的两倍或三倍频率。由于该滤波器随速度变化而非固定在某个频率上，因此可以测量 振幅 和 相位 即使在机器加速或滑行减速时，也能保持同步部件的同步。这使得跟踪滤波器对于变速设备在启动和 降速 瞬态信号，以及用于分离其中的各个阶分量 阶次分析.
1. 跟踪滤波器的工作原理
基本原理
- 速度参考： a 转速表 或 键相器 每转产生一个脉冲。
- 频率计算： 该仪器根据这些脉冲的时序计算出瞬时转速。
- 阶次倍增： 它将该频率乘以所选的阶数——1、2、3，依此类推。
- 滤波器居中： 一个窄带通滤波器的中心频率与所得频率一致。
- 连续调整： 随着速度的变化，滤波器的中心频率会持续跟随，不会中断。
- 输出： 一个经过滤波的干净信号，其中仅包含所选阶次。
关键在于，该滤波器与转速表联动，因此它始终知道目标阶次在频率轴上的当前位置——而在转速变化的机器上，固定滤波器是无法做到这一点的。
滤波器特性
- 带宽： 通常为中心频率的±2%–10%。
- 狭窄性： 能有效抑制邻频干扰。
- 跟踪率： 能够适应快速变化的速度。
- 多重滤波器： 现代仪器可以同时跟踪多个阶次。
2.应用
1. 启动与滑行分析
这是主要应用。当机器在速度范围内加速或减速时，一个跟踪滤波器会持续跟踪1×分量：
- 在瞬态过程中，记录1×分量的振幅和相位随速度的变化——这些数据与在 升速运行.
- 产生 波特图 振幅和相位与速度的关系。
- 确认 临界速度 根据振幅峰值。
- 估算 阻尼 根据每个共振峰的宽度。
- 同时追踪 2× 和 3× 阶次，以揭示多种振型。
2. 变速设备
- 即使转速持续变化，也要保持基于阶次的测量。
- 由变频器驱动的电机，其转速随工艺过程的变化而变化。
- 风力涡轮机对阵风作出反应。
- 随负载变化而产生转速漂移的工艺设备。
- 无论转速如何波动，趋势始终保持一致，因为一切都以阶次为基准，而非固定频率。
3. 平衡
- 在整个过程中追踪 1× 分量 平衡 程序。
- 过滤掉非1×内容，让阅读体验更清爽。
- 仅在1×频率下进行相位测量。
- 通过排除无关的振动源来提高精度。
4. 阶次专项分析
3. 跟踪滤波器的优势
速度无关性
- 无论速度如何变化，测量结果始终具有意义。
- 不同速度下的数据可以在同一基准上进行比较。
- 对于任何无法保持恒定转速的机器而言，这是必不可少的。
组件隔离
- 将该阶次与其他所有存在的频率区分开来。
- 比全谱信号更纯净 快速傅里叶变换.
- 提高目标阶次的信噪比。
- 可实现该阶次的精确振幅和相位测量。这种同步聚焦在概念上与 同步平均，该方法同样利用转速计将与速度相关的组件从噪声中分离出来。
瞬态分析
- 能够顺畅地跟随组件进行速度变化。
- 在加速和减速过程中提供连续测量。
- 无需稳态条件。
- 揭示了静态测量无法捕捉到的与速度相关的行为。
4. 限制与注意事项
需要一个转速表
- 必须提供准确的速度参考值。
- 转速表信号的质量直接决定了滤波器的性能。
- 该设备不能用于没有转速参考的设备。
- 每转一次的脉冲必须可靠，否则跟踪会偏离。
它仅跟踪同步组件
滤波带宽的权衡
- 窄过滤器： 对相邻频率的抑制效果更好，但对速度变化的响应较慢。
- 宽带滤波器： 跟踪速度更快，但可能会引入邻近的频率分量。
- 最佳的： 5%–10% 的带宽适用于大多数应用，在选择性和跟踪速度之间取得了平衡。
5. 跟踪滤波器与FFT
跟踪滤波器和FFT是互补而非相互竞争的工具。FFT以固定速度显示整个频谱；跟踪滤波器则以可变速度跟踪特定频段。下表总结了二者各自的优势所在。
| 特征 | 快速傅里叶变换分析 | 跟踪过滤器 |
|---|---|---|
| 速度要求 | 可在任何速度下工作 | 需要转速表 |
| 速度变化 | 需要恒定转速 | 可处理不同速度 |
| 信息 | 全频谱，所有频率 | 仅限单一阶次 |
| 非同步故障 | 检测所有故障 | 错过非同步 |
| 瞬态分析 | 难的 | 优秀 |
| 最适合 | 一般诊断，稳态 | 临界速度分析，变速 |
6. 现代实现
数字跟踪滤波器
- 已集成于现代分析仪的软件中。
- 可同时追踪多个阶次——1×、2×、3×同步进行。
- 提供可调节的带宽。
- 在瞬态过程中实时显示。
与阶次分析的集成
7. 场平衡中的跟踪滤波器
在便携式仪器中，当转速无法完全保持稳定时，跟踪滤波器能确保平衡测量结果的准确性。它仅通过1阶成分并抑制 其他一切，这为软件提供了一个干净的振幅-相位向量作为处理基础。该 Balanset-1A 该方法正是如此运作：其转速计脉冲信号定义了运行速度，在设备自身轴承处以运行速度提取同步1×分量，所得向量驱动试重和修正计算——随后确认修正后的残余振动。跟踪滤波器是这一机制背后的关键，它确保了在真实且略有不稳的机械设备上，这些数值具有可重复性。
跟踪滤波器是一种专业且强大的工具，尤其适用于转子动力学和变速设备。它们能够在转速变化时始终聚焦于选定的阶次，从而实现瞬态分析和与转速无关的监测，这是普通FFT技术无法比拟的——这也正是它们在临界转速识别和先进机械诊断中始终占据核心地位的原因。
