濾波器的作用

高通濾波器去除低頻振動(dòng)，這些低頻振動(dòng)是所有壓電加速度計(jì)(電阻和電容串聯(lián))固有的，且是加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)交流響應(yīng)的必要條件。在信號(hào)采集后，高通濾波器可以發(fā)揮作用，其對(duì)于濾除由于溫度變化而經(jīng)常發(fā)生的直流偏置和漂移很有用。

低通濾波器更重要的是防止軟件中無(wú)法過(guò)濾掉的混疊。混疊導(dǎo)致信號(hào)變得難以區(qū)分或看起來(lái)像一個(gè)完全不同的信號(hào)如下所示。重要的是要意識(shí)到需要一個(gè)模擬低通濾波器來(lái)防止混疊。一旦信號(hào)被混疊，它就無(wú)法在軟件中被數(shù)字方法過(guò)濾掉。低通濾波器還可以過(guò)濾掉不需要的高頻內(nèi)容，這些頻率可能與監(jiān)控對(duì)象機(jī)械無(wú)關(guān)的結(jié)構(gòu)模式相關(guān)（ 編者：這告訴我們，應(yīng)對(duì)部分加速度信號(hào)進(jìn)行適宜的低通和采樣頻率上限限制，特別是電機(jī)振動(dòng)加速度頻繁波動(dòng)時(shí) ）。較高頻率的振動(dòng)分量通常比較低頻率的振動(dòng)分量具有更少的能量。

濾波器的類型

現(xiàn)在的問(wèn)題仍然是您應(yīng)該使用哪種 類型的濾波器 ？理想的濾波器將均勻地通過(guò)低于指定限值的所有頻率，并消除所有高于該限值的頻率。該理想濾波器在相同的頻率上限下具有完美的線性相位響應(yīng)。 但理想的過(guò)濾器并不存在 ;需要對(duì)濾波器的幅度和相位響應(yīng)做出一些折衷。有四種主要不同類型的過(guò)濾器：

Butterworth巴特沃思

巴特沃茲濾波器以其最平坦的幅度響應(yīng)和合理的線性相位響應(yīng)而聞名。巴特沃茲濾波器是振動(dòng)測(cè)試中最受歡迎的過(guò)濾器。

Chebyshev切比雪夫

切比雪夫在幅度響應(yīng)中具有更快的滾降，這是通過(guò)在滾降前引入紋波來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它們具有相對(duì)非線性的相位響應(yīng)。

Elliptic橢圓

橢圓濾波器在幅度響應(yīng)中具有最陡峭的滾降，但它在帶通和帶阻中都有紋波。此外，其相位響應(yīng)是高度非線性的。這僅用于不考慮相移或振鈴的應(yīng)用;通用測(cè)試工程師通常應(yīng)避免使用，因?yàn)樗菀资箯?fù)雜的時(shí)間信號(hào)失真。

濾波器的比較

比較了不同濾波器的性能，截止頻率1000hz和5階濾波器。

下面的圖仔細(xì)觀察了濾波器在通帶(0到1,000 Hz)中的性能。切比雪夫和橢圓濾波器提供了更尖銳的振幅滾降，但代價(jià)是在帶通上的大的非線性波動(dòng)。巴特沃斯濾波器在兩方面表現(xiàn)都不錯(cuò)。

請(qǐng)注意

注意所有濾波器類型是在截止頻率之前開(kāi)始衰減信號(hào)的。這是因?yàn)闉V波器的截止頻率指定衰減達(dá)到-3dB，接近-30%!

真實(shí)數(shù)據(jù)示例

為了說(shuō)明不同的過(guò)濾器如何以不同的方式影響真實(shí)數(shù)據(jù)。

該數(shù)據(jù)來(lái)自一項(xiàng)測(cè)試。

讓我們看一下未應(yīng)用任何數(shù)字濾波器的原始數(shù)據(jù)和隨附的PSD。

現(xiàn)在讓我們?cè)?100 Hz 下應(yīng)用一個(gè) 8 階巴特沃茲濾波器，看看 PSD。

這是一個(gè)橢圓濾波器，人們可以注意到更尖銳的截止，但隨后伴隨著紋波。