如何选择振动信号滤波器

滤波器的作用

高通滤波器去除低频振动，这些低频振动是所有压电加速度计(电阻和电容串联)固有的，且是加速度计实现交流响应的必要条件。在信号采集后，高通滤波器可以发挥作用，其对于滤除由于温度变化而经常发生的直流偏置和漂移很有用。

低通滤波器更重要的是防止软件中无法过滤掉的混叠。混叠导致信号变得难以区分或看起来像一个完全不同的信号如下所示。重要的是要意识到需要一个模拟低通滤波器来防止混叠。一旦信号被混叠，它就无法在软件中被数字方法过滤掉。低通滤波器还可以过滤掉不需要的高频内容，这些频率可能与监控对象机械无关的结构模式相关（ 编者：这告诉我们，应对部分加速度信号进行适宜的低通和采样频率上限限制，特别是电机振动加速度频繁波动时 ）。较高频率的振动分量通常比较低频率的振动分量具有更少的能量。

滤波器的类型

现在的问题仍然是您应该使用哪种 类型的滤波器 ？理想的滤波器将均匀地通过低于指定限值的所有频率，并消除所有高于该限值的频率。该理想滤波器在相同的频率上限下具有完美的线性相位响应。 但理想的过滤器并不存在 ;需要对滤波器的幅度和相位响应做出一些折衷。有四种主要不同类型的过滤器：

Butterworth巴特沃思

巴特沃兹滤波器以其最平坦的幅度响应和合理的线性相位响应而闻名。巴特沃兹滤波器是振动测试中最受欢迎的过滤器。

Chebyshev切比雪夫

切比雪夫在幅度响应中具有更快的滚降，这是通过在滚降前引入纹波来实现的。它们具有相对非线性的相位响应。

Elliptic椭圆

椭圆滤波器在幅度响应中具有最陡峭的滚降，但它在带通和带阻中都有纹波。此外，其相位响应是高度非线性的。这仅用于不考虑相移或振铃的应用;通用测试工程师通常应避免使用，因为它容易使复杂的时间信号失真。

滤波器的比较

比较了不同滤波器的性能，截止频率1000hz和5阶滤波器。

下面的图仔细观察了滤波器在通带(0到1,000 Hz)中的性能。切比雪夫和椭圆滤波器提供了更尖锐的振幅滚降，但代价是在带通上的大的非线性波动。巴特沃斯滤波器在两方面表现都不错。

请注意

注意所有滤波器类型是在截止频率之前开始衰减信号的。这是因为滤波器的截止频率指定衰减达到-3dB，接近-30%!

真实数据示例

为了说明不同的过滤器如何以不同的方式影响真实数据。

该数据来自一项测试。

让我们看一下未应用任何数字滤波器的原始数据和随附的PSD。

现在让我们在 100 Hz 下应用一个 8 阶巴特沃兹滤波器，看看 PSD。

这是一个椭圆滤波器，人们可以注意到更尖锐的截止，但随后伴随着纹波。