VibroMetra Dokumentation
  

Filtern

Wie erwähnt, findet in der Technik häufig eine Überlagerung von vielen harmonischen Schwingungen zu einem Schwingungsgemisch statt. Jede dieser einzelnen harmonischen Schwingungen ist gekennzeichnet durch Frequenz und Amplitude. Um aus dem gemessenen Schwingungsgemisch Informationen von bestimmten Sachverhalten gewinnen zu können, wird der Frequenzbereich der erfassten Schwingungen häufig eingeschränkt.
 
Dies übernimmt ein Filter. Harmonische Schwingungen, welche den gefragten Sachverhalt beschreiben, passieren das Filter ungehindert, d.h.ihre Amplitude bleibt erhalten. Schwingungen mit einer Frequenz im nicht interessierenden Bereich werden dagegen unterdrückt, d.h. die Amplitude dieser Schwingungen wird gesenkt.
 

Wirkung im Frequenzbereich

 
Unterschieden werden Filter z.B. nach ihrer Auswirkung im Frequenzbereich, d.h. wie die Amplituden in bestimmten Frequenzbereichen das Filter passieren können oder unterdrückt werden:
 
 

Wirkung im Zeitbereich

 
Obwohl die Wirkung sich am anschaulichsten im Frequenzbereich darstellen lässt, entfalten Filter ihre Wirkung natürlich auch im Zeitbereich.
 
Nebenstehend sind in der oberen Kurve einer Schwingung von 10 Hz noch 2 Schwingungen überlagert, mit 333 und 1000 Hz.
 
Durch Einsatz eines Tiefpassfilters bei 50 Hz in der unteren Kurve wird nur noch die 10 Hz Schwingung durchgelassen, während die Schwingungen mit 333 und 1000 Hz vom Filter unterdrückt werden.
 
Praktisch Ausprobieren können Sie die verschiedenen Filter in Übung 08 - Filtern mit Bandpass.
 

Ideales und reales Filterverhalten

 
Die Wirkung der Hoch,- Tief- und Bandpassfilter wurde bisher mit einem idealen Filter dargestellt. Im Durchlassbereich können die Amplituden unverfälscht passieren, im Sperrbereich werden die Amplituden auf Null gesetzt. Diese idealen Filter sind nach Stand der Technik nicht erreichbar. Reale Filter haben einen Übergangsbereich zwischen Durchlass- und Sperrbereich. Im Sperrbereich werden die Amplituden auch nicht auf Null gesetzt, sondern nur auf ein bestimmtes Maß gedämpft.
 
Ideales Filter
Reales Filter
  • Im Durchlassbereich werden alle Amplituden mit 1 multipliziert, d.h. unverändert durchgelassen.
  • Im Sperrbereich werden alle Amplituden mit 0 multipliziert, d.h.komlett gesperrt.
  • Zwischen Durchlass- und Sperrbereich gibt es keinen Übergang, die Grenze zwichen den Bereichen wird durch die Grenzfrequenz fg markiert.
  • Im Durchlassbereich werden Amplituden nahezu mit 1 multipliziert, d.h. fast unverändert durchgelassen. In einem Übergangsbereich werden die Amplituden aber auch bis zu einem Maß von -30% verringert.
  • Im Sperrbereich werden alle Amplituden anfangs um 30% verringert. Mit steigendem Abstand zur Grenzfrequenz nimmt das Sperrverhalten zu.
  • Zwischen Durchlass- und Sperrbereich gibt es einen Übergang.Die Grenzfrequenz fg ist nach Definition dort markiert, wo das Filter die Amplituden bereits um 3dB (etwa 30%) senkt.
 
Werden in den VibroMetra-Instrumenten Eingaben für Grenzfrequenzen getätigt, dann betreffen diese Frequenzen immer die Stelle, an der definitionsgemäß die Amplituden bereits um 3dB (ca. 30%) gesenkt sind.
 
In VibroMetra lässt sich zudem die Filtersteilheit einstellen. Diese bestimmt, wie stark die Amplituden mit fortschreitender Entfernung von der Grenzfrequenz gedämpft werden.
Übung 09 - Filtersteilheit zeigt die Auswirkungen der Filtersteilheit ganz praktisch.
 
 
Manfred Weber
Metra Mess- und Frequenztechnik in Radebeul e.K.