电气检测技术5.7.ppt

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1、5.7数字滤波1随机误差：测量通道中，由各种随机干扰引入，使A/D送入微机的数据中存在的误差称为随机误差。随机误差的特点：就一次测量而言，随机误差没有规律，不可预测。但当测量次数足够多时，总体服从统计规律，多数随机误差服从正态分布。电气检测技术2随机误差的消除1）采用硬件抗干扰的方法；2）按统计规律采用软件抗干扰，采用数字滤波方法来抑制有效信号中干扰成分，消除随机误差。电气检测技术3数字滤波通过一定的计算程序，对采集的数据进行某种处理，从而消除或减弱干扰噪声的影响，提高测量的可靠性和精度。电气检测技术4数字滤波的优点(1)节省硬件成本数字滤波只是一个滤波

2、程序，无需添加硬件，且一个滤波程序可用于多处和许多通道，无需每个通道专设一个滤波器，因此，节省硬件成本。(2)可靠稳定软件滤波不像硬件滤波需要阻抗匹配而且容易产生硬件故障。电气检测技术5(3)功能强数字滤波对频率很高或很低的信号进行有效滤波，模拟滤波器由于硬件的限制难以实现。数字滤波的滤波方法有很多种；模拟滤波局限于频率滤波，利用频率差异进行滤波(4)方便灵活适当改变滤波程序参数，即可改变滤波功能。电气检测技术6(5)减小信号延时有些高速采集电路中，会由于硬件滤波带来额外的信号延时，因此，也不便采用硬件滤波；软件滤波也会占用一定的时间，由于CPU处于高速

3、运算，因此会减少信号的传输延时。电气检测技术7(6)不丢失原始数据模拟滤波采用频率滤波，滤去频率与干扰相同有用信号，这部分信号在原始数据记录上被丢失。有些系统为更多保留系统信息，更多地采集有用信号，尽可能不在A/D转换之前进行频率滤波；这样在采集有用信号同时，把部分干扰信号也采集进来，但可用数字滤波的方法把干扰消除；数字滤波只把已采集存储到存储器中的数据读出来进行数字滤波，不破坏采集得的原始数据。电气检测技术8常用的数字滤波方法1、限幅滤波和中位值滤波2、平均值滤波3、低通滤波4、复合滤波电气检测技术9一、限幅滤波和中位值滤波限幅滤波适用场合：1）测控系

4、统中存在的随机脉冲干扰；2）传感器不可靠而将脉冲干扰引入输入端，从而造成测量信号的严重失真；电气检测技术10限幅滤波的基本方法1）比较相邻(n和n-1时刻)两个采样值yn和yn-1；2）若yn和yn-1的差值超过允许的最大偏差，发生随机干扰；3）记后一次采样值yn为非法值，剔除；4）剔除yn后，用yn-1代替yn；5）若未超过允许的最大偏差范围，则认为本次采样值有效。电气检测技术11最大允许偏差的确定限幅滤波时的关键：最大允许偏差的选择。过程的动态特性决定其输出参数的变化速度。因此，通常按照输出参数可能的最大变化速度Vmax及采样周期T来决定最大允许偏差

5、的值，即：△y=Vmax·T电气检测技术122、中位值滤波中位值滤波特点：1）对某被测参数连续采样n次(n取奇数)，然后把n次采样值按大小排列，取中间值为本次采样值；2）测量n个数据才获得一个有效值。电气检测技术13中位值滤波的适用场合：1）有效地克服偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰。2）适用于慢变参数，如：温度、液位等；3）不适宜快速测量场合，如流量、压力等；电气检测技术14二、平均值滤波常用的平均值滤波：1、算术平均值滤波2、去极值平均滤波3、移动平均滤波(递推平均滤波)4、加权平均值滤波电气检测技术151、算术平均值滤波方法特点

6、：按输入的N个采样数据序列xi(i＝l-N)，寻找这样一个y，使y与各采样值之间的偏差的平方和最小，即满足：由一元函数求极值的原理，可得上式即为算术平均值滤波的基本算式。电气检测技术16算术平均滤波对信噪比的影响设第i次测量值包含信号成分Si和噪音成分ni，则进行N次测量的信号成分之和为：噪音的强度用均方根来衡量，噪音为随机信号时，进行N次测量的噪音强度和为：S、n表示N次测量后信号和噪音的平均幅度。N次测量算术平均后的信噪比可提高倍：电气检测技术17算术平均滤波法适用范围：1）对具有随机干扰的信号进行滤波；这种信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范

7、围附近做上下波动，在这种情况下仅取一个采样值做依据显然是不准确的。2）每采样时刻进行n次采样，取算术平均值作为该时刻的采样值。因此进行n次测量才可得到一个有效数据；电气检测技术183）信号的平滑程度完全取决于N；当N较大时，平滑度高，但灵敏度低；当N较小时，平滑度低，但灵敏度高。视具体情况选取N，少占用计算时间，获的最好的效果。对于一般流量测量，常取N＝12；若为压力，则取N＝4。电气检测技术192、去极值平均滤波去极值平均滤波特点：1）算术平均滤波对抑制随机干扰效果较好，但对脉冲干扰的抑制能力弱，明显的脉冲干扰会使平均值远离实际值。2）中值滤波对脉冲干

8、扰的抑制却非常有效；3）两者结合形成去极值平均滤波。电气检测技术20去极值平均滤