為解決頻率混疊,在對模擬訊號進行離散化採集前,採用低通濾波器濾除高於1/2取樣頻率的頻率成份。實際儀器設計中,這個低通濾波器的截止頻率(fc) 為:
截止頻率(fc)= 取樣頻率(fs) / 2.56
在進行動態訊號測試中測量儀器必須具有抗混濾波功能,例如:在大型橋樑、高樓、機械裝置等動態振動測試及模態分析中,訊號所包含的頻率成份理論上是無窮的。 例如:橋樑的模態理論上有無限多個,但我們只關心對振動貢獻最大的前幾階模態。如果不對振動的模擬訊號進行低通抗混濾波,高階模態頻率很可能會混疊到低頻段,形成虛假的模態頻率,給模態引數識別帶來困難。
抗混疊濾波器的效能指標 抗混濾波器一般指低通濾波器,但濾波器有低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器、高通濾波器、高阻濾波器。濾波器的主要效能指標以低通濾波器為例,理想的低通濾波器為矩形,但實際中是不可能實現的。衡量低通濾波器效能的指標主要包括以下幾方面:
阻帶下降斜率:濾波器在截至頻率開始下降,下降斜率越大越好。一般採用每個倍頻程的下降分貝數衡量,例如:滿足工程測量需要的阻帶下降斜率約為-80dB/oct。
濾波器落差:帶通到帶阻差值的分貝數dB。
值得一提的是:隨著DSP訊號處理晶片的出現,現代測試儀器中已採用模擬濾波加數字濾波,使濾波器效能指標突飛猛進。例如:帶內波紋度可達±0.05dB,阻帶下降斜率可達到約-200dB/oct,大大好於純模擬濾波器。
抗混疊濾波器
在動態訊號的資料採集過程中,為了防止高於採祥頻率一半的訊號產生混疊而造成的誤差,抗混疊濾波器是不可少的一般情況下,抗混疊濾波器是低通濾波器,對抗混疊濾波器,其實現難點在於:
①過渡帶必須很陡;
②截止頻率隨取樣頻率的改變而改變;
低通濾波環節 低通濾波環節用於濾除訊號中的高頻分量。訊號採集過程中不可避免地會有高頻干擾訊號混雜在有用訊號當中。為了使這些訊號的頻率滿足奈奎斯特取樣定理所規定的範圍,除去採集的一些不確定訊號對有用訊號造成的干擾,並最大程度地抑制或消除混疊現象對資料採集的影響,就需要先利用這個低通濾波器對無用訊號進行衰減和濾除。抗混疊濾波器除了對無用訊號的衰減和濾除,還可以為ADC轉換產生的瞬態能量提供緩衝。
抗混疊濾波器可以採用無源的低通濾波器,最簡單的是一階RC低通濾波器。或者採用運算放大器加RC網路組成有源濾波器。如果選用二階低通濾波器,可以使用運算放大器加RC網路組成有源濾波器。如果選用高階低通濾波器。可以選用低通濾波器積體電路。無源濾波器設計簡單,易於掌握,但這種濾波器的實測濾波特性與理論上的預定特性差別較大,在通帶內又不能取得良好的阻抗匹配,很難滿足對濾波特性精度高的要求:有源濾波器是以網路綜合理論為基礎的分析方法,它先找出與理想濾波特性相近似的網路函式,然後根據綜合方法實現該網路函式,由這種方法設計出來的濾波器實測的濾波特性與理論預定特性十分接近,適合高精度濾波器的設計要求。但是若選用有源濾波器,需要考慮很多問題。比如設計濾波器時要考慮元件引數是否會對前後電路造成影響。設計低通環節要注意濾波器的主要特性指標,如特性頻率、頻寬、增益與衰減、阻尼係數與品質因數等。
為解決頻率混疊,在對模擬訊號進行離散化採集前,採用低通濾波器濾除高於1/2取樣頻率的頻率成份。實際儀器設計中,這個低通濾波器的截止頻率(fc) 為:
截止頻率(fc)= 取樣頻率(fs) / 2.56
在進行動態訊號測試中測量儀器必須具有抗混濾波功能,例如:在大型橋樑、高樓、機械裝置等動態振動測試及模態分析中,訊號所包含的頻率成份理論上是無窮的。 例如:橋樑的模態理論上有無限多個,但我們只關心對振動貢獻最大的前幾階模態。如果不對振動的模擬訊號進行低通抗混濾波,高階模態頻率很可能會混疊到低頻段,形成虛假的模態頻率,給模態引數識別帶來困難。
抗混疊濾波器的效能指標 抗混濾波器一般指低通濾波器,但濾波器有低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器、高通濾波器、高阻濾波器。濾波器的主要效能指標以低通濾波器為例,理想的低通濾波器為矩形,但實際中是不可能實現的。衡量低通濾波器效能的指標主要包括以下幾方面:
阻帶下降斜率:濾波器在截至頻率開始下降,下降斜率越大越好。一般採用每個倍頻程的下降分貝數衡量,例如:滿足工程測量需要的阻帶下降斜率約為-80dB/oct。
濾波器落差:帶通到帶阻差值的分貝數dB。
值得一提的是:隨著DSP訊號處理晶片的出現,現代測試儀器中已採用模擬濾波加數字濾波,使濾波器效能指標突飛猛進。例如:帶內波紋度可達±0.05dB,阻帶下降斜率可達到約-200dB/oct,大大好於純模擬濾波器。
抗混疊濾波器
在動態訊號的資料採集過程中,為了防止高於採祥頻率一半的訊號產生混疊而造成的誤差,抗混疊濾波器是不可少的一般情況下,抗混疊濾波器是低通濾波器,對抗混疊濾波器,其實現難點在於:
①過渡帶必須很陡;
②截止頻率隨取樣頻率的改變而改變;
低通濾波環節 低通濾波環節用於濾除訊號中的高頻分量。訊號採集過程中不可避免地會有高頻干擾訊號混雜在有用訊號當中。為了使這些訊號的頻率滿足奈奎斯特取樣定理所規定的範圍,除去採集的一些不確定訊號對有用訊號造成的干擾,並最大程度地抑制或消除混疊現象對資料採集的影響,就需要先利用這個低通濾波器對無用訊號進行衰減和濾除。抗混疊濾波器除了對無用訊號的衰減和濾除,還可以為ADC轉換產生的瞬態能量提供緩衝。
抗混疊濾波器可以採用無源的低通濾波器,最簡單的是一階RC低通濾波器。或者採用運算放大器加RC網路組成有源濾波器。如果選用二階低通濾波器,可以使用運算放大器加RC網路組成有源濾波器。如果選用高階低通濾波器。可以選用低通濾波器積體電路。無源濾波器設計簡單,易於掌握,但這種濾波器的實測濾波特性與理論上的預定特性差別較大,在通帶內又不能取得良好的阻抗匹配,很難滿足對濾波特性精度高的要求:有源濾波器是以網路綜合理論為基礎的分析方法,它先找出與理想濾波特性相近似的網路函式,然後根據綜合方法實現該網路函式,由這種方法設計出來的濾波器實測的濾波特性與理論預定特性十分接近,適合高精度濾波器的設計要求。但是若選用有源濾波器,需要考慮很多問題。比如設計濾波器時要考慮元件引數是否會對前後電路造成影響。設計低通環節要注意濾波器的主要特性指標,如特性頻率、頻寬、增益與衰減、阻尼係數與品質因數等。