測量領(lǐng)域中常常需要用到濾波器，尤其是對于功率、諧波的測量。致遠(yuǎn)儀器PA系列功率分析儀配備線路濾波器和頻率濾波器功能，可有效去除測量信號中的噪聲干擾。本文介紹這兩種濾波功能的工作原理及其應(yīng)用場景，幫助工程師獲取更加可靠的測量結(jié)果。

針對不同的行業(yè)應(yīng)用場景，目前推薦有4款ZTMI致遠(yuǎn)儀器功率分析儀，型號介紹如圖1。PA系列功率分析儀的濾波原理基本類似，下文將以PA5000H為例介紹濾波功能。

圖 1  PA系列功率分析儀產(chǎn)品型號

什么是濾波器？為何在功率測量中如此重要？

→ 干凈的信號是準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)

選頻作用：濾波器作為選頻裝置，允許特定頻率成分通過，同時(shí)顯著抑制其他頻率成分的能量傳輸。例如：低通濾波器僅保留低頻信號，高通濾波器則聚焦高頻信號。

干擾抑制與噪聲濾除：通過阻斷特定頻段的干擾信號（如電源諧波、電磁干擾），濾波器可有效提升信號質(zhì)量，為精確測量奠定基礎(chǔ)。

圖2  功率分析儀測量濾波設(shè)置

如何選擇合適的濾波器類型？

→ 不同信號特性，匹配不同的濾波方案

按頻率特性分類，一般有以下種類：

低通濾波器(LPF)：允許低于截止頻率的信號通過。

高通濾波器(HPF)：保留高頻信號，抑制低頻分量。

帶通濾波器(BPF)：僅傳輸特定頻段的信號（如通信系統(tǒng)選頻）。

帶阻濾波器(BSF)：抑制特定頻段（如50Hz工頻干擾）。

圖3  諧波測量示意圖

線路濾波器：什么情況下使用？

→ 去除高頻干擾，但需注意使用

線路濾波器屬于低通濾波器，會去除信號的高頻成分（高頻諧波成分），僅測量低頻成分。

需注意：開啟后會導(dǎo)致電壓RMS、電流RMS、有功功率P等測量值發(fā)生變化，非必要情況不建議開啟。

對于電機(jī)、變頻器的PWM電壓測量來說，如需開啟線路濾波器去除高頻干擾，應(yīng)確保線路濾波器的截止頻率至少是調(diào)制波頻率的9倍至10倍以上。這樣雖然電壓測量可能會產(chǎn)生一定的衰減作用，但基本不會對功率測量結(jié)果產(chǎn)生明顯影響。

圖4  線路濾波器作用示意圖

PA5000H支持300kHz、1MHz的模擬線路濾波器，100Hz~100kHz的數(shù)字濾波器。通過配合Wave波形功能，可直觀觀察線路濾波開啟前后的波形變化，直接驗(yàn)證濾波效果。

圖5  線路濾波器設(shè)置菜單

頻率濾波器：如何確保可靠的周期測量？

→ 準(zhǔn)確的信號周期測量是功率計(jì)算的重要基礎(chǔ)

頻率濾波器（也稱零交叉濾波器），用于去除進(jìn)入頻率測量電路的輸入信號的高頻成分。它的獨(dú)特之處在于：對測量的電壓/電流波形本身沒有直接影響，但能顯著提高周期檢測的準(zhǔn)確性。

在實(shí)際應(yīng)用中，頻率濾波器在以下情況下尤為重要：

處理畸變波形：當(dāng)信號存在高頻噪聲或嚴(yán)重畸變時(shí)，頻率濾波器能確保獲得穩(wěn)定的信號頻率；

提升功率計(jì)算精度：功率計(jì)算依賴準(zhǔn)確的信號周期，頻率濾波器可有效過濾掉無關(guān)頻率；

成分支持諧波分析：諧波分析需要準(zhǔn)確的基波頻率作為基礎(chǔ)，頻率濾波器能提供更可靠的頻率基準(zhǔn)。

圖6  頻率濾波器作用示意圖

PA5000H支持100Hz、500Hz、1kHz、45~65Hz（IEC諧波模式使用）的頻率濾波器。頻率濾波器可被用于精確檢測過零點(diǎn)，當(dāng)輸入信號頻率在1kHz以下時(shí)，建議開啟頻率濾波器，獲得更準(zhǔn)確的過零點(diǎn)檢測。

圖7  頻率濾波器設(shè)置菜單

總結(jié)

選擇合適的濾波技術(shù)對獲取準(zhǔn)確結(jié)果至關(guān)重要。致遠(yuǎn)儀器PA系列功率分析儀提供的線路濾波器和頻率濾波器功能，能夠針對不同測量場景提供專業(yè)方案，幫助工程師在變頻器、電機(jī)等設(shè)備測試中獲得更加可靠的數(shù)據(jù)。