抗混濾波器介紹及其作用

2022-05-14 07:19:31 字數 987 閱讀 5475

我們知道:在進行動態訊號測試中必須考慮抗混濾波器,根據“奈奎斯特取樣定律”:在對模擬訊號進行離散化時,取樣頻率f2至少應2倍於被分析的訊號的最高頻率f1,即:

f2≥2 f1;否則可能出現因取樣頻率不夠高,模擬訊號中的高頻訊號摺疊到低頻段,出現虛假頻率成分的現象(如下圖所示),稱之為:混疊.見圖1

但工程測量中取樣頻率不可能無限高也不需要無限高,因為我們一般只關心一定頻率範圍內的訊號成份。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(fz) / 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、機械裝置等動態應變、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:

帶內波紋度:通帶的幅值精度指標,例如:帶內波紋度為±0.

1db時,對幅值精度的影響約為±1%(這正是為什麼一般的數採器幅值精度可以做到千分之幾,一般的數採器用很高的取樣頻率進行採集,不加低通濾波器.)

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數字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.