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EC23 - Filtragem de Sinais

traduzido do sítio: http://www.nde-ed.org/EducationResources/HighSchool/Magnetism/Physics/SignalFiltering.php

A filtragem de sinal é freqüentemente usada nos ensaios de correntes parasitas para eliminar freqüências indesejadas presentes no sinal recebido. Embora as configurações corretas do filtro possam melhorar significativamente a visibilidade de um sinal de descontinuidade, configurações incorretas podem distorcer a apresentação do sinal e até eliminar completamente o sinal de defeito. Por isso, é importante entender o conceito de filtragem de sinal.

A filtragem é aplicada ao sinal recebido e, portanto, não está diretamente relacionada à freqüência de excitação da sonda. Isso é mais facilmente compreendido ao imaginar um mostrador do sinal resposta que apresenta a amplitude do sinal ao longo do tempo de inspeção. Com este modo de exibição, é fácil perceber que a forma do sinal depende do tempo ou duração que a bobina da sonda está sentindo algo. Por exemplo, se uma sonda superficial for colocada na superfície de um material condutor e movimentada para frente e para trás, ela produzirá sinal na forma de onda. Quando a sonda é balançada rapidamente, o sinal terá uma freqüência maior do que quando a sonda é balançada lentamente para frente e para trás. O sinal não precisa de uma aparência ondulada (senoildal) para ter conteúdo de freqüência e a maioria dos sinais de correntes parasitas será composta de um grande número de freqüências. Considere uma sonda que detecta um entalhe por 1/60 de segundo. Em um período de um segundo a sonda poderia (em teoria) passar por cima do entalhe 60 vezes, resultando no sinal de entalhe com uma freqüência de 60 Hz. Mas, imposta (somada) a este mesmo sinal, pode ser o sinal resultante da oscilação da sonda, ruído eletrônico, uma mudança de condutividade e outros fatores que ocorrem em freqüências diferentes.

FiltrandoEfeitos de filtros

Os dois filtros padrão encontrados na maioria dos instrumentos com mostrador (tela, "display") de exibição no plano de impedância são o Filtro Passa Alto ("High Pass Filter=HPF") e o Filtro  Passa Baixo ("Low Pass Filter=LPF"). Alguns aparelhos também possuem um Filtro de Largura de Banda ("Band Pass Filter=BPF"), que é uma combinação de filtro de passagem alta e baixa. Os filtros são ajustados em Hertz (Hz).

O filtro HPF permite que as altas freqüências passem e filtra as freqüências baixas. O filtro HPF está basicamente filtrando as alterações no sinal que ocorrem durante um período significativo (grande) de tempo. Normalmente os ruídos produzidos pela movimentação manual da sonda pelo inspetor apresentam sinais de baixa freqüência e podem ser eliminados por esse tipo de filtro.

O filtro LPF permite que a baixa freqüência passem e filtra as altas freqüência. Em outras palavras, todas as porções do sinal que mudam rapidamente (têm uma freqüência alta, ou ocorrem num intervalo de tempo curto) são filtradas, como o ruído eletrônico. Normalmente em ensaios automáticos em linhas de fabricação os ruido produzidos são de maior freqüência e podem ser minimizados com esse tipo de filtro.

Na imagem acima, as mudanças graduais (de baixa freqüência) foram primeiramente filtradas com um filtro HPF e, em seguida, o ruído eletrônico de alta freqüência foi filtrado com um filtro LPF para deixar uma indicação de falha claramente visível. Deve-se notar também que, uma vez que os sinais de indicação de falha são compostos por múltiplas freqüências, ambos os filtros têm uma tendência a reduzir também a amplitude do sinal da indicação de falha. Além disso, a velocidade de varredura deve ser controlada ao usar filtros. Escaneie uma falha muito lentamente e o filtro HPF pode filtrar também a indicação de falha. Escaneie a falha muito rápido e o filtro LPF pode eliminar a indicação de falha.

Banda
Configurações do filtro

Se o espectro de freqüência do sinal e a amplitude ou atenuação do sinal forem plotados, as respostas do filtro poderão ser ilustradas de forma gráfica. A imagem à direita mostra a resposta de um filtro LPF de 20Hz e um filtro HPF de 40Hz. O filtro LPF permite que apenas as freqüências na área amarelo passem e o filtro HPF só permite que as freqüências na área azul passem. Portanto, pode-se ver que com essas configurações não há freqüências que passam (ou seja, as freqüências passadas pelo filtro LPF são filtradas pelo filtro HPF e visa versa).

FilterGraph1b.gifPara criar uma janela de aceitação para os sinais, os filtros precisam se sobrepor. Na imagem à direita, o filtro LPF foi ajustado para 60Hz e o filtro HPF para 10Hz. A área mostrada em cinza é onde as duas freqüências se sobrepõem e o sinal é passado. Um sinal de 30Hz passará em plena amplitude, enquanto um sinal de 15Hz será atenuado em aproximadamente -3 dB. Todas as freqüências acima ou abaixo da área cinza (a faixa de passe) serão rejeitadas por um dos dois filtros.

Uso de Filtros

A principal função do filtro LPF é remover ruídos de interferência de alta freqüência. Este ruído pode vir de uma variedade de fontes, incluindo a aparelhagem e/ou a própria sonda. O ruído aparece como um ponto instável  na tela que produz linhas irregulares mostrador, como visto no sinal a partir de um entalhe de superfície mostrado na imagem esquerda abaixo. A redução da freqüência do filtro LPF removerá mais das freqüências mais altas do sinal e produzirá um sinal mais limpo, como mostrado na imagem central abaixo. Ao usar um filtro LPF, ele deve ser definido para a maior freqüência que produz um sinal relevante com relação a descontinuidade objeto da inspeção. Para reduzir o ruído em sondas de superfície grande ou anel, pode ser necessário usar uma configuração LPF muito baixa (até 10Hz). Quanto menor a configuração LPF, mais lenta deve ser a velocidade de varredura e mais precisamente deve ser controlada. A imagem à direita abaixo mostra um sinal que foi diminuído (amplitude) devido ao uso de uma velocidade de varredura muito rápida para a configuração do HPF selecionada.

Sem filtro Filtragem ok filtro excessivo

O filtro HPF é usado para eliminar freqüências baixas que são produzidas por mudanças lentas, como mudança de condutividade dentro de um material, variando distância a uma borda enquanto executa-se a varredura paralelamente a ela, ou furos ovalizados na inspeção dos furos de fixação. O filtro HPF é útil ao realizar varreduras automatizadas ou semi automáticas para evitar que o sinal se afaste muito longe do ponto nulo (equilíbrio=balanço). A aplicação mais comum para o filtro HPF é a inspeção de furos de fixação usando um escâner rotativo. À medida que o escâner gira em a uma RPM constante, o filtro HPF pode ser ajustado para alcançar o efeito desejado.

O uso do filtro HPF ao realizar a varredura manualmente não é recomendado, pois manter uma velocidade de varredura  com a mão constante é difícil, e o sinal se deforma e a amplitude diminui. O tamanho de um sinal diminui à medida que a velocidade de varredura diminui e uma indicação de falha pode ser eliminada completamente se a varredura não for feita com velocidade suficiente. Nas imagens abaixo, pode-se ver que uma resposta típica de um entalhe na superfície de uma peça em alumínio sem o filtro HPF (imagem a esquerda) parece consideravelmente diferente quando o filtro HPF é ativado (imagem a direita). Com o filtro HPF, sinais na forma de um laço com deflexões negativa-positiva semelhantes são produzidos no plano de impedância.

Filtro em sinal absoluto Filtro em sinal diferencial

O uso de uma configuração mínima de filtro HPF (1 ou 2 Hz) pode ser usado ao executar a varredura manualmente, desde que o inspetor possa controlar efetivamente a velocidade de varredura e se familiarizar com as mudanças no sinal de indicação, quando a velocidade de varredura é ligeiramente modificada. Um bom exemplo de tal aplicação seria a varredura manual do perímetro de uma roda que é girada à mão, mas a velocidade de rotação pode ser mantida relativamente constante.


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