基于双通道异步采样的振动传感器测量方法.pdf

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1、146传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2016年第35卷第1期DOI：10．13873／J．1000-9787(2016)01-0146--03基于双通道异步采样的振动传感器测量方法肖栋林，吴宾，向函(浙江大学生物医学工程与仪器学院，浙江杭州311)027)摘要：高精度振动传感器数字闭环系统对采样精度和实时性有很高的要求。为了解决测量环节中采样速率和精度相互制约的问题，提出一种对振动传感器信号进行双通道异步采样，在高速通道进行自适应Kalman滤波，同时利用低速通道的数据进行实时精度补偿的测量方案。考虑到数字闭环

2、系统对采样率、高精度和实时性的要求，详细设计了双通道异步测量电路和异步数据融合算法。仿真实验表明：该方法精度上比传统方法有了明显提高，并且实时性优于传统的抽样率变换方法。关键词：振动传感器；双通道异步采样；自适应Kalman滤波；最优加权；测量方法中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1000-9787(2016)01-0146-03Vibrationsensormeasurementmethodbasedontwo．channelasynchronoussamplingXIAODong—lin。WUBin，XIANGHan(SchoolofBiomedical

3、Engineering&InstrumentScience，Zh~iangUniversityHangzhou310027，China)Abstract：Digitalclosed—loopsystemofhighprecisionvibrationsensordemandsforhighsamplingprecisionandreal—timeperformance．Inordertosolveproblemofconstraintsofsamplingrateandprecisioninmeasurement，atwo—channelasynchronoussamp

4、lingmethodisproposed，adaptiveKalmanfilteringiscarriedoutinhighspeedchannelandlowspeedchanneldataisusedforreahimeprecisioncompensation．Consideringsamplingrate，highprecisionandreal—timerequirementsofdigitalclosed—loopsystem，two—channelasynchronousmeasuringcircuitandasynchronousdatafusional

5、gorithmaredesignedindetail．Simulationexperimentshowthatprecisionofthismethodisenhancedthantraditionalmethod，andreal—timeperformanceispriortothetraditionalsamplingrateconversionmethod．Keywords：vibrationsensor；two—channelasynchronoussampling；adaptiveKalmanfiltering；optimalweighting；measure

6、mentmethod0引言在高精度测量环节中，ADC的转换速率和精度始终是振动传感器的数字化与智能化是当前的一种发展趋一对相互制约的关系，单片ADC很难同时满足高采样率和势，其数字化闭环系统主要包含测量环节、数字控制环节和高精度的要求，例如：TI的ADS1281是目前精度最高的反馈环节三个部分。测量环节主要由检测电路、A／D转换ADC之一，但采样率超过8kHz时噪声急剧增加。而若以器(ADC)及后续数字信号处理部分组成，作为直接实现部低采样率工作，当待测信号频率增大时，由于单周期采样点分，其对系统精度的制约体现在：首先，测量环节的精度直数的减少导致控制难度加大，系统的幅

7、值不确定度和谐波接影响系统的输出精度，低精度的ADC无法满足高精度的总失真度会迅速下降⋯。为了突破采样率与精度的限制，数字化要求；其次，测量环节的采样速率会影响系统的控制传统方法大都采用基于抽样率变换的纯数字方法或基于多难度，低采样率的ADC会加大系统的反馈控制难度；最后，通道采样理论的多片ADC并行采集方法，如时间交织采测量环节的信号处理会影响系统的实时性，信号处理的耗样、正交镜像滤波器组、混合滤波器组等。这些方法在时会要求数字控制环节中增加额外的迟滞补偿，不利于系实时性要求不高的场合能取得一定效果，但是在实时性要统的实时控制。因此，测