磁致伸缩位移传感器信号数字滤波方法

来源：大阳城娱乐科技 浏览量： 时间：2023-02-16 14:09

磁致伸缩位移传感器信号数字滤波方法
作者：杨静；王维俊；左永刚

文中介绍应用数字滤波方法提高磁致伸缩位移传感器测量准确度的方法，提出用窗函数设计数字滤波器的方法，通过试验数据分析表明效果显著。磁致伸缩式位移传感器是一种利用在金属中传播的机械弹性波，把位移变换成其传播时间，检测被测物绝对位移的传感器。它通过测量发出的电流脉冲与回波脉冲信号之间的时间差，再根据声波的传递速度获得准确的位置值[I]。通常，在测量过程中有噪声混入，而由于磁致伸缩式位移传感器本身具有高精度，为实现高的测量准确度，对噪声进行处理。

1 输出信号的特点

传感器磁环与测杆相对静止时，输出信号仍有相对与其测量精度而言影响很大的扰动，这是由于波导管内电流脉冲和应变脉冲的影响（有时强度可以达到满量程的0.2%),以及系统的杂散噪声。在动态测量时，也有类似的现象。这一类噪声干扰相对于测量信号而言具有较高的频率。因此，可以考虑用FIR低通数字滤波器来滤除噪声干扰，提高传感器使用准确度。磁致位移伸缩传感器

2 FIR低通数字滤波器的设计

数字滤波器有IIR (无限冲激响应滤波器）和FIR (有限冲激响应滤波器）之分，考虑到系统的稳定性，线性相位的实现以及有利于提高运算大阳城娱乐等因素，选用FIR数字滤波器。FIR低通数字滤波器的设计方法是建立在对理想滤波器频率性作某种近似的基础上的。这些方法有窗函数法、频率抽样法及一致逼近法。在此采用窗函数法。设计原理假设理想的低通滤波器频率响应为Hd(产），要求设计一个FIR滤波器频率响应。但设计是在时域进行的，因而先由凡（产）的傅立叶反变换导出加(n),要用有限长的h(n)来逼近无限长的hd(n),有效的方法是用一个有限长度的窗口函数序列w(n)来截取hd (n)按照复卷积公式，在时域是相乘，则频域上是周期性卷积关系因而H (e"")逼近凡 (t!") 的好坏，完全取决与窗函数的频率特性 W(产）。

窗函数的选择凯塞(Kaiser)窗函数可以通过参数的控制来改变窗函数的主瓣宽度和旁瓣衰减，是一个灵活的性能良好的窗函数。因此本设计采用凯塞窗函数。其中第一类变形零阶贝塞尔函数， N是滤波器阶数，p是窗函数的形状的参数，可以的经验公式计算得到其中的阻带衰减(dB), L:::,,.w是最小过渡带宽。窗函数w(n)选定后，用w(n)截断hd(n)得到h(n) 平移使h(n)h (n)是以n 为对称的，具有线性相位，频谱逼近理想低通滤波器的hd (n)。这样用有限长h(n)代替无限长hd (n) 即可实现低通滤波。

3 试验验证明

在设计程序时，用求和代替积分，对零阶变形贝塞尔函数采用无穷级数表示这个无穷级数可用有限项级数去近似，项数多少由要求精度来确定。离散信号x(n)经过数字滤波器h(n),得到的响应为y(n),则y(n)=x(n)*h(n),y(n)即为经滤波平滑后的输出信号。h(n)的求解和卷积运算由C语言编程以软件形式实现。通过用磁致伸缩式位移传感器测量液位的试验，由计算机通过12位A心采集卡进行采样，然后对所得数据进行滤波，加滤波器后，测量结果的波动明显减小。通过试验表明，此滤波器方法效果显著，能明显提高磁致伸缩式位移传感器的使用准确度。对于不同性质的测试需求，调整窗函数的参数可达到要求。如果使用专门DSP硬件系统，则能大大提高数据处理速度，实现实时处理。

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