数字滤波技术在称重系统信号采集中的应用

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1、2010年第29卷第9期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)131数字滤波技术在称重系统信号采集中的应用吴忻生，唐萍，秦瀚(华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州510640)摘要：分析了数字滤波技术中惯性滤波和滑动平均滤波器的数学原理，性能和特点。根据称重系统的实际需要和精度要求，并基于惯性滤波和滑动平均滤波法设计了一种复合数字滤波器。通过实验验证该滤波器能更加有效地滤除称重传感器信号中的干扰信号。并给出了本方法应用的领域和要求。关键词：数字滤波；惯性滤波；滑动平

2、均滤波；信号采集中图分类号：TN713文献标识码：B文章编号：1000-9787(2010)09--0131--04Theapplication0fdigitalfilteringtechniqueinsignal‘··‘‘l-·acquisition0tweighingsystemwUXin—sheng，TANGPing，QINHan(CollegeofAutomationScienceandEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，Chin

3、a)Abstract：Themathematics’principles，performancesandcharacteristicsofinertialfilteringandslidingaveragefilteringareanalyzed．Acompounddigitalfilteringmethodbasedoninertia]filteringmethodandslidingaveragefilteringmethodaredesigned，inordertosatisfytheactualneedsandpr

4、ecisionrequirementsofweighingsensor．Experimentsshowthatthefiltercaneffectivelystraininginterferencesignalinweighingsensorsigna1．Keywords：digitalfiltering(DF)；inertialfiltering；movingaveragefiltering；signalacquisition0引言可克服模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比有着很多现代称重技术已经越来越多的被利用到数据采

5、集和过的优点，例如：不需要增加硬设备、不存在阻抗匹配问题、可程控制中，已成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业对超低频信号(如0．01Hz)实现滤波等¨]。本文重点分务及商业销售领域中不可缺少的组成部分。对重量信号的析惯性滤波和滑动平均滤波这2种滤波器。采集与处理是称重技术中最为重要的组成部分。1．1惯性滤波对于所有的数据采集系统而言，测量数据不可避免地在模拟电路中，常用一阶低通RC滤波器来削弱干扰。受到各种噪声信号的干扰，常见的有工频干扰、机械结构的但大时间常数和高精度的RC网络不易实现，而惯性滤波振动等，因此，保证

6、采集信号最小失真和提高信噪比(signal是一种以数字形式实现低通滤波的动态滤波方法。tonoiseratio，SNR)成为数据采集系统中的主要问题。模拟低通滤波器的传递函数而数字滤波器(digitalfiltering，DF)便是解决这一问题的首C(s)=：，(1)选方法。式中是滤波时间常数，=RC。将式(1)离散化，则可本文主要针对称重过程中信号处理的问题，采用了常得见的数字滤波技术，特别是滑动平均滤波算法。该算法很Y(n)=(1—01)Y(n-1)+0(n)，(2)好地滤除了由于机械振动等因素产生的干扰成分，使得测量

7、结果的准确性有了进一步的提高。式中=lBe，T为采样周期，(n)为当前采样值，1数字滤波技术Y(n-1)为第n-1次采样后滤波器的输出。从物理意义所谓数字滤波，就是通过一定的计算程序减少干扰在上来讲，采样周期远小于，因而，可取一。在实有用信号中的比重，故实质上是一种程序滤波。数字滤波际系统中一般由实验来确定，只要被检测的信号不产生明收稿日期：2009—12-02132传感器与微系统第29卷显的纹坡H口司。为第k次采样值。对式(5)做z变换得到滑动平均滤波的式(2)的频率响应是传递函数为。。_Gf(jw))=一．(6)忽略零

8、极相消，传递函数能被改写为瓣，(3))=1·其幅频特性为．(7)显然，N点平均器的频率响应为IcF(j∞)Ij币萧雨‘(4)×由图1可知，离散低通滤波器在低频段能很好地继H(ejt~T)=苇=e”msinI／Z)．承低通滤波器的特性，它在丌(k=O，l，2，⋯)处达到极(8)值。由此可见，该滤波器对频率