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抗混叠滤波器

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  • 发布时间:2013/9/17 20:43:00
  • 作者:银河电气

一、概述

  随着现代工业的迅速发展,变频电源的普及,用户设备对电网的影响也越来越大,因此电网谐波是大家普遍关注的问题。

  对电网信号进行监视时,需要进行高次谐波分析,一般采用离散傅里叶变换。但是部分信号可能包含全频段的频率成分,而测量仪器的采样频率不可能做到无穷大,因此需要采用抗混叠滤波器,在采样频率F一定的前提下,滤除掉高于F/2的频率成分。这是为了最大程度的抑制或消除频谱混叠对动态测控系统的影响,便于进行信号的谐波测量与分析。

  抗混叠滤波器anti-alias filter是一个低通滤波器,用以在输出电平中把混叠频率分量降低到微不足道的程度。

  动态信号测试分析系统中为什么要使用抗混滤波器呢?大家都知道“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,称之为:混叠。

二、基本原理

  工程测量中采样频率不可能无限高也不需要无限高,因为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(fs)/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。

三、性能指标

  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。

四、有关抗混叠滤波器的其它参考资料

  外部链接:抗混叠滤波器设计问题探讨

  外部链接:采用抗混叠滤波器的高性能、12位、500MSPS宽带接收机

  站内链接:滤波器

  站内链接:傅里叶变换

  站内链接:巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔滤波器的区别


  作者:量值溯源

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