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经典案例

抗混滤波器介绍及其作用

抗混滤波器介绍及其作用

        我们知道:在进行动态信号测试中必须考虑抗混滤波器,根据“奈奎斯特采样定律”: 在对模拟信号进行离散化时,采样频率f2至少应2倍于被分析的信号的最高频率f1,即: f2≥2 f1;否则可能出现因采样频率不够高,模拟信号中的高频信号折叠到低频段,出现虚假频率成分的现象(如下图所示),称之为:混叠。
见图

  
        但工程测量中采样频率不可能无限高也不需要无限高,因为我们一般只关心一定频率范围内的信号成份。为解决频率混叠,在对模拟信号进行离散化采集前,采用低通滤波器滤除高于1/2采样频率的频率成份。实际仪器设计中,这个低通滤波器的截止频率(fc) 为: 

截止频率(fc)= 采样频率(fz) / 2.56 

        在进行动态信号测试中测量仪器必须具有抗混滤波功能,例如:在大型桥梁、高楼、机械设备等动态应变、振动测试及模态分析中,信号所包含的频率成份理论上是无穷的。例如:桥梁的模态理论上有无限多个,但我们只关心对振动贡献最大的前几阶模态。如果不对振动的模拟信号进行低通抗混滤波,高阶模态频率很可能会混叠到低频段,形成虚假的模态频率,给模态参数识别带来困难.

        抗混滤波器一般指低通滤波器,但滤波器有低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器、高阻滤波器。滤波器的主要性能指标以低通滤波器为例,理想的低通滤波器为矩形,但实际中是不可能实现的。衡量低通滤波器性能的指标主要包括以下几方面:

(1)、带内波纹度:通带的幅值精度指标,例如:带内波纹度为±0.1dB时,对幅值精度的影响约为±1%(这正是为什么一般的数采器幅值精度可以做到千分之几,一般的数采器用 很高的采样频率进行采集,不加低通滤波器。

(2)、阻带下降斜率:滤波器在截至频率开始下降,下降斜率越大越好。一般采用每个倍频程的下降分贝数衡量,例如:满足工程测量需要的阻带下降斜率约为-80dB/oct。

(3)、滤波器落差:带通到带阻差值的分贝数dB。

         值得一提的是:随着DSP数字信号处理芯片的出现,现代测试仪器中已采用模拟滤波加数字滤波,使滤波器性能指标突飞猛进。例如:带内波纹度可达±0.05dB,阻带下降斜率可达到约-200dB/oct.大大好于纯模拟滤波器。