測(cè)量領(lǐng)域中常常需要用到濾波器，尤其是對(duì)于功率、諧波的測(cè)量。致遠(yuǎn)儀器PA系列功率分析儀配備線(xiàn)路濾波器和頻率濾波器功能，可有效去除測(cè)量信號(hào)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(chǎng)景，幫助工程師獲取更加可靠的測(cè)量結(jié)果。

針對(duì)不同的行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，目前推薦有4款ZTMI致遠(yuǎn)儀器功率分析儀，型號(hào)介紹如圖1。PA系列功率分析儀的濾波原理基本類(lèi)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(hào)

什么是濾波器？為何在功率測(cè)量中如此重要？

→ 干凈的信號(hào)是準(zhǔn)確測(cè)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(guò)，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(hào)，高通濾波器則聚焦高頻信號(hào)。

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

圖2  功率分析儀測(cè)量濾波設(shè)置

如何選擇合適的濾波器類(lèi)型？

→ 不同信號(hào)特性，匹配不同的濾波方案

按頻率特性分類(lèi)，一般有以下種類(lèi)：

低通濾波器(LPF)：允許低于截止頻率的信號(hào)通過(guò)。

高通濾波器(HPF)：保留高頻信號(hào)，抑制低頻分量。

帶通濾波器(BPF)：僅傳輸特定頻段的信號(hào)（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(cè)量示意圖

線(xiàn)路濾波器：什么情況下使用？

→ 去除高頻干擾，但需注意使用

線(xiàn)路濾波器屬于低通濾波器，會(huì)去除信號(hào)的高頻成分（高頻諧波成分），僅測(cè)量低頻成分。

需注意：開(kāi)啟后會(huì)導(dǎo)致電壓RMS、電流RMS、有功功率P等測(cè)量值發(fā)生變化，非必要情況不建議開(kāi)啟。

對(duì)于電機(jī)、變頻器的PWM電壓測(cè)量來(lái)說(shuō)，如需開(kāi)啟線(xiàn)路濾波器去除高頻干擾，應(yīng)確保線(xiàn)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(cè)量可能會(huì)產(chǎn)生一定的衰減作用，但基本不會(huì)對(duì)功率測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生明顯影響。

圖4  線(xiàn)路濾波器作用示意圖

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

圖5  線(xiàn)路濾波器設(shè)置菜單

頻率濾波器：如何確保可靠的周期測(cè)量？

→ 準(zhǔn)確的信號(hào)周期測(cè)量是功率計(jì)算的重要基礎(chǔ)

頻率濾波器（也稱(chēng)零交叉濾波器），用于去除進(jìn)入頻率測(cè)量電路的輸入信號(hào)的高頻成分。它的獨(dú)特之處在于：對(duì)測(cè)量的電壓/電流波形本身沒(méi)有直接影響，但能顯著提高周期檢測(cè)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(hào)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(hào)頻率；

提升功率計(jì)算精度：功率計(jì)算依賴(lài)準(zhǔn)確的信號(hào)周期，頻率濾波器可有效過(guò)濾掉無(wú)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)。