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A/D轉(zhuǎn)換中的數(shù)字濾波抗干擾技術(shù)介紹

作者: 時(shí)間:2012-03-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/190638.htm

  儀器儀表設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過程中,由于生產(chǎn)變量的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)過程具有重要的意義,因此對(duì)各種物理量測(cè)試數(shù)據(jù)精度要求是比較高的。

  在前向測(cè)試通道上采用的抗干擾措施中,濾波方法是抑制干擾的一種有效途徑。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中,可利用硬件濾波器電路或軟件濾波器算法提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。硬件濾波措施是使用較多的一種方法,技術(shù)比較成熟,但同時(shí)也增加了設(shè)備,提高了成本,而且電子設(shè)備的增加有可能帶來新的干擾源。而采用軟件濾波算法不需增加硬件設(shè)備,可靠性高,功能多樣,使用靈活,具有許多硬件濾波措施所不具備的優(yōu)點(diǎn),當(dāng)然它需要占一定的運(yùn)行時(shí)間。

  2常用的幾種軟件濾波方法

  (1)中值濾波法:即每次

  取N個(gè)AD值,去除其中的最大值和最小值而取剩余的N-2個(gè)A/D值的平均值。

  (2)程序判斷濾波法:即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定出兩次采樣的最大偏差ΔY,若先后兩次采樣的信號(hào)相減數(shù)值大于ΔY,表明輸入為干擾信號(hào),應(yīng)去除;用上次采樣值與本次采樣值比較,若小于或等于Δ Y,表明沒有受到干擾,此時(shí)本次采樣值有效,這樣可以濾去隨機(jī)干擾和傳感器不穩(wěn)定而引起的誤差。

  (3)利用格拉布斯(Grubbs)準(zhǔn)則進(jìn)行處理:根據(jù)誤差理論,要有效地剔除偶然誤差,一般要測(cè)量10次以上,兼顧到精度和響應(yīng)速度,取15次為一個(gè)單位。在取得的15個(gè)數(shù)據(jù)中,有些可能含有較大的誤差,需要對(duì)它們分檢,剔除可疑值,提高自適應(yīng)速度。對(duì)可疑值的剔除有多種準(zhǔn)則,如萊以達(dá)準(zhǔn)則、肖維勒(Chauvenet)準(zhǔn)則、格拉布斯(Grubbs)準(zhǔn)則等。以Grubbs準(zhǔn)則為例,它認(rèn)為若某測(cè)量值 xi對(duì)應(yīng)的殘差Vi滿足下式

  |Vi|=| xi-|>g(n,a)× σ(X)

  時(shí)應(yīng)將該數(shù)據(jù)舍去。式中,為n次采集到的AD 值的平均值,=(∑xi)/n ;σ(X)為測(cè)量數(shù)據(jù)組的標(biāo)準(zhǔn)差,由貝塞爾函數(shù)可得: σ(X)=[(∑Vi2 )/(n-1)]1/2;g(n, a)是取決于測(cè)量次數(shù)n和顯著性水平a (相當(dāng)于犯“棄真” 錯(cuò)誤的概率系數(shù)),a通常取0.01或0.05。通過查表可得:當(dāng) n=15時(shí),a=0.05, g(n,a)=2.41。

  把15次采集到的AD值存入一個(gè)數(shù)組中然后求平均值,計(jì)算殘差,求標(biāo)準(zhǔn)差σ(X)。將殘差絕對(duì)值與2.41倍的標(biāo)準(zhǔn)差σ(X)比較。剔除可疑值以后,再求平均值,求出新的平均值以后,應(yīng)再重復(fù)以上過程,驗(yàn)證是否還有可疑值存在。據(jù)我們對(duì)測(cè)量裝置大量的實(shí)際測(cè)試結(jié)果看,這樣做沒有什么必要,因?yàn)橐话阒挥械谝槐榧纯蛇_(dá)到要求。

  然而這種方法也有它的不足, 利用Grubbs準(zhǔn)則需要處理大量的數(shù)據(jù),而在一般的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備中,儀表結(jié)構(gòu)大多采用嵌入式結(jié)構(gòu),如AVR單片機(jī)。這些MCU程序空間和數(shù)據(jù)空間有限,若處理大量數(shù)據(jù),難以滿足資源要求。而且,由于Grubbs準(zhǔn)則要求MCU進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理,使得系統(tǒng)降低了信號(hào)采集速率,影響實(shí)時(shí)性。


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