Warum Tiefpass-Filter um 50 Hz Netzstörung zu "entfernen"

Hallo!

Ich habe da mal eine Verständnisfrage, die mir bei der Auswahl eines Filters gekommen ist.

Angenommen ich habe ein Signal, welches eine 50 Hz Netzstörung beinhaltet. Nun möchte ich mein Signal gerne filtern, damit die 50 Hz gedämpft werden. Warum wird dazu denn ein Tiefpass-Filter verwendet und nicht ein Hochpassfilter? Wenn ich in LV das Express-VI "Filter" (jaja ich weiß... Express-VI = böse^^) als Tiefpass konfiguriere, dann bleibt mein Signalverlauf erhalten und eine angeschlossene Fourier-Analyse zeigt mir, dass die Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz gedämpft werden.

Konfiguriere ich allerdings einen Hochpass-Filter, wird mein Signalverlauf auf null gesetzt.

1. Warum ist letzteres so?

2. Angenommen ich habe ein Signal, in dem ich Frequenzen von 700 Hz erwarte und gleichzeitig ein Netzbrummen auftritt. Dann bringt mir ein Tiefpassfilter ja nix, da der mir die hohe Frequenz, welche ich brauche, ebenfalls herausdämpft. Ein Hochpassfilter, der mir nach seiner Definition logisch erscheint, setzt den Signalverlauf auf null... Kann mich da bitte jemand erleuchten?


danke!

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Hallo zig,

wenn ich zwei Sinus-Signale mit 500 und 50Hz addiere und dann mit 100Hz Grenzfrequenz hochpass-filtere, bekomme ich das hier:
   
was du da gemacht hast…

verbinde mal bitte den gefilterten Signalverlauf direkt mit einem Graph (hab gerade keinen LV Zugang).

Hallo zig,

dann sehe ich einen durch den Filter leicht verzerrten Sinus…

Wie du im Bild oben siehst, enthält das gefilterte Signal sowohl den Nutzanteil bei 500Hz als auch kleine Reste des Störanteils bei 50Hz. Man könnte natürlich noch am Filter (insbesondere an der Filterordnung) spielen…

Du hast ein Problem mit dem von dir erstellten VI, zeigst es aber nicht vor!?

das VI gibt's nicht (mehr), daher kann ich es auch nicht zeigen. Die Frage zielte eher darauf ab, ob ich etwas falsch verstanden habe... Da ich kein VI habe versuche ich das Problem so genau wie möglich zu schildern:

Ich erfasse mittels daqmx über ein NI 9205 Spannungsmodul und ein cDAQ 9178 Chassis eine Spannung (RSE) zwischen 0-5 V (Drucksensor). Dabei wird kontinuierlich mit einer Samplerate von 1000 abgetastet. Das daqmx-read ist mit "1 Kanal N Samples" (als Signalverlauf) in einer While-Schleife und liest pro Schleifendurchlauf 1000 Sample. Der Signalverlauf wird nun einfach nur in einem Signalverlaufsdiagramm dargestellt. Des Weiteren wird das Spektrum des Signalverlaufs ermittelt und in einem Graph angezeigt. Dabei fällt auf, dass im Signal deutlich eine 50 Hz Frequenz enthalten ist.

Der Drucksensor sieht momentan nur einen statischen Druck, im Verlauf der Messung werden allerdings Druckschwankungen erwartet, welche bei ca. 300 Hz liegen (die 700 Hz von oben waren nur beispielhaft). Um nun die 50 Hz zu dämpfen baue ich einen Hochpassfilter ein, da ich ja höhere Frequenzen erwarte. Starte ich dann die Messung liegt mein Drucksignal, welches eigentlich statisch ca. 1 bar anzeigen sollte, bei 0 bar.

warum ist das so? Liegt das daran, dass das Signal noch gar keine Frequenzen > 50 Hz enthält?

Hallo zig,

Zitat:Liegt das daran, dass das Signal noch gar keine Frequenzen > 50 Hz enthält?

Das lässt sich doch mit einer FFT des ungefilterten Signals sehr einfach feststellen…
Wenn der Druck wirklich statisch ist, wirst du eben keine Frequenzanteile oberhalb 50Hz im Signal haben!

Wieso sollen wir hier Ratespielchen zu nicht mehr existenten VIs durchführen, wenn du der einzige bist, der die Rohdaten zur Verfügung hat?

Nur mal so in den Raum gestellt: Es gibt übrigens auch Bandsperr-Filter…

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(15.08.2014 15:01 )GerdW schrieb:  Wenn der Druck wirklich statisch ist, wirst du eben keine Frequenzanteile oberhalb 50Hz im Signal haben!

Ja, es sind keine Frequenzen oberhalb 50 Hz vorhanden. Daher ja die Frage, ob das Signal deshalb zu null wird. Ich bin davon ausgegangen, dass der Filter nur Frequenzen dämpft: Enthält das statische Signal keine Frequenzen über 50 Hz kann auch nix gedämpft werden -> daher habe ich trotz des Filters das statische Ausgangssignal erwartet!

Zitat:Wieso sollen wir hier Ratespielchen zu nicht mehr existenten VIs durchführen, wenn du der einzige bist, der die Rohdaten zur Verfügung hat?

Hier sollen keine Ratespielchen veranstaltet werden. Es geht hierbei weniger um das tatsächliche VI (welches nur die Problematik verdeutlichen sollte), sondern um die grundlegende Verwendung von Filtern und ob ich dabei etwas Grundlegendes falsch verstehe/mache!

Zitat:Nur mal so in den Raum gestellt: Es gibt übrigens auch Bandsperr-Filter…

Richtig, das wäre noch eine Alternative an die ich auch schon gedacht habe. Da es aber ums grundlegende Verständnis geht: eins nach dem anderen



Meine Verwirrung rührt daher, dass ich bisher immer nur von Tiefpassfiltern zur Verringerung von Netz-Störungen gelesen habe. Allerdings konnte ich bzw. kann ich nicht nachvollziehen weshalb dafür (anscheinend) nur Tiefpassfilter taugen.

Hallo zig,

Zitat:Allerdings konnte ich bzw. kann ich nicht nachvollziehen weshalb dafür (anscheinend) nur Tiefpassfilter taugen.

So pauschal kann man das ja auch nicht sagen.
Aber: Wenn man eher statische Signale hat (mit Frequenzen unter 20Hz), dann bietet sich eben ein Tiefpassfilter an, um die dann deutlich höhere Netzfrequenz wegzufiltern. Wenn die Signale eher bei >200Hz liegen, sollte man wohl besser zu einem Hochpass greifen…

Wikipedia erläutert so etwas schön mit Bildern - wenn man es denn nicht in Schule/Lehre/Studium schon gelernt haben sollte. Schau dir doch einfach mal den Frequenzgang eines Tiefpasses (und eines Hochpasses zum Vergleich) an!

Zitat:Ich bin davon ausgegangen, dass der Filter nur Frequenzen dämpft: Enthält das statische Signal keine Frequenzen über 50 Hz kann auch nix gedämpft werden -> daher habe ich trotz des Filters das statische Ausgangssignal erwartet!

Du nimmst einen HOCHPASS und wunderst dich, warum niedrige Frequenzen gedämpft werden?

Nein, ich glaube wir reden hier aneinander vorbei... im Anhang ein Beispiel-VI.

Steht der Filter auf Lowpass = Verhalten wie erwartet. Stelle ich den Filter auf Highpass, verliere ich den Offset von 10... Das ist so ziemlich genau das Problem, welches auch bei der MWE auftritt, nur abstrahiert. Mein Verständnisproblem: Warum verliere ich beim Highpass den Offset? Vermutung: Der Offset (0 Hz) wird gedämpft und geht verloren. Ist das so oder nicht?


Wenn das so ist, dann lag mein Problem darin begründet, dass ich dem Filter unterstellt habe, nicht auf statische Signale zu reagieren, was wohl falsch war. In diesem Fall würde eine Bandsperre wohl Abhilfe schaffen.

Wenn das nicht so ist, suche ich immer noch nach einer Erklärung für dieses Verhalten.

... und ich verstehe nicht, was es da überhaupt zu verstehen gibt. Ein HP dämpft alle Frequenzen unterhalb seiner Grenzfrequenz, je weiter weg von der Grenzfrequenz, um so mehr. Die Frequenz Null - also der Offset - ist unendlich viele Dekaden von der Grenzfrequenz entfernt, sie wird unendlich gut gedämpft. Oder ganz normal gesagt: Der Offset verschwindet in jedem Falle exakt, ganz gleich wie der HP ansonsten dimensioniert ist.

Wenn der Offset durchkommen soll, und nur die 50 Hz gesperrt werden soll, ist ein Notch-Filter (Bandsperre) angesagt:

  Filter.vi (Größe: 20,26 KB / Downloads: 244)