數(shù)字濾波技術(shù)在精密測量儀表中的應(yīng)用研究

摘要：數(shù)字濾波技術(shù)是信號處理中一種重要的去噪消除干擾方法。通過分析，在介紹嵌入式計算機和24位A／D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在微弱信號測量儀表中應(yīng)用的基礎(chǔ)上，給出了數(shù)字濾波的一般方法和步驟，研究了平均值濾波、零點偏移濾波和輸入短路本機噪聲濾波3種數(shù)字濾波方法，實驗結(jié)果表明數(shù)字濾波技術(shù)在精密測量儀表中能提高儀表的測量精度，具有良好的實用性。
關(guān)鍵詞：數(shù)字濾波；測量；儀表；應(yīng)用研究

0 引言
嵌入式計算機在測量儀表中的廣泛應(yīng)用，為精密測量儀表中實現(xiàn)數(shù)字濾波創(chuàng)造了良好條件，特別是在微弱信號測量儀表中，數(shù)字濾波的作用更加突出，不僅對抑制噪聲、消除干擾能夠起到輔助作用，而且對提高儀表的測量精度、減小測量誤差具有重要作用。以下通過實驗方法，對ZJL801納伏電壓標準裝置研制中所采用的數(shù)字濾波方法進行實驗研究與分析。
ZJL801納伏電壓標準裝置是自行研制的一臺低頻超小電壓標準裝置，具有超強的噪聲抑制能力和抗干擾能力，其自動控制、數(shù)據(jù)采集與處理部分由嵌入式PCI04／586計算機、邏輯控制電路板、24位A／D數(shù)據(jù)采集卡、液晶顯示屏和面板控制鍵盤組成。
小電壓及超小電壓測量需要解決的難點和關(guān)鍵問題是消除噪聲和干擾對測量結(jié)果的影響。交流小電壓或超小電壓經(jīng)過前端放大、帶通濾波、相關(guān)處理、低通濾波，轉(zhuǎn)換為直流中電壓，經(jīng)計算機數(shù)據(jù)采集與處理后在液晶屏顯示輸出。信號相關(guān)處理是消除噪聲和干擾的關(guān)建環(huán)節(jié)，但在數(shù)據(jù)采集與處理過程中采用數(shù)字濾波技術(shù)不僅能夠起到降低噪聲和干擾的輔助作用，而且還能減小測量誤差，提高測量精度。納伏電壓標準裝置在測量數(shù)據(jù)的自動采集與處理中采用了多種數(shù)字濾波方法，這里對其中的平均值濾波法、零點偏移濾波法和輸入短路本機噪聲濾波法進行了實驗分析。

1 數(shù)字濾波方法與步驟
1．1 數(shù)學模型的建立
針對影響測量結(jié)果的某一因素建立數(shù)學模型。例如：因設(shè)計造成的放大倍數(shù)或衰減比例偏差而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差可通過測量結(jié)果乘以相應(yīng)的修正因子或除以相應(yīng)的系數(shù)進行修正。如果要濾去因外界干擾造成的測量結(jié)果異常值或隨機誤差偏大的測量值，即剔除粗大誤差，可建立
以下數(shù)學模型：

式中：i=3，4，…，20，yi為依次采集的被測量的電壓值。
1．2 經(jīng)驗值的選定
在所建立的數(shù)學模型中，代表某一特定規(guī)律的常數(shù)(如零點偏差、儀器輸入短路本機噪聲等)可通過實驗測得經(jīng)驗值。
1．3 計算機數(shù)據(jù)處理
計算機所采集的原始數(shù)據(jù)一般都帶有一定的誤差。數(shù)據(jù)處理就是通過多次重復(fù)采集平均降低噪聲的影響，減小隨機誤差，通過誤差修正減小系統(tǒng)誤差，或根據(jù)粗大誤差的判別準則剔除非正常值，從而提高測量精度。