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　　地磅稱重傳感器信號(hào)容易受到外部噪聲干擾,，因此其精度問題直制約稱重行業(yè)的發(fā)展,，本文選用了幾種常見數(shù)字濾波方法對(duì)地磅稱重傳感器 信號(hào)進(jìn)行濾波,，并分別對(duì)其進(jìn)行比較分析,，選擇種優(yōu)的濾波方式，并用實(shí)驗(yàn)證明這種濾波方式大大提高了信號(hào)采集精度。

　　1.稱重傳感器信號(hào)濾波的意義

　　目前,，地磅稱重傳感器越來越被廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè),，比如，包裝,、 物流等現(xiàn)場稱重,，水泥、注塑機(jī)等的下料配給以及汽車,、機(jī)車的軸重 計(jì)量等,。然而復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境經(jīng)常包含各種各樣的干擾，主要包括機(jī) 械振動(dòng),、過程通道干擾,、空間干擾(電磁波干擾)等，他們對(duì)稱重傳 感器信號(hào)采集精度產(chǎn)生了巨大影響,，對(duì)實(shí)際稱重系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大誤差,， 對(duì)于工業(yè)精度要求較高的場所，這些影響顯得尤為重要,。因此本文討 論幾種數(shù)字濾波方式對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，提高信號(hào)精度,，具有 很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義,。

　　2.原始信號(hào)分析

　　稱重傳感器信號(hào)頻率般為低頻信號(hào)，為避免傳感器信號(hào)失 真,，本文搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并選定任務(wù)循環(huán)周期為10ms,，即采樣頻率為 100Hz，然后采集組原始數(shù)據(jù)時(shí)域圖,。

　　從圖1上可以看出,，稱重傳感器信號(hào)噪聲干擾較為明顯，并且呈 現(xiàn)定的周期性規(guī)律,，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差為9.32,，為進(jìn)步分析，對(duì)原始數(shù) 據(jù)進(jìn)行FFT分析得出其頻譜圖,。

　　從圖2上可以看出,，原始數(shù)據(jù)信號(hào)在0.2Hz處有個(gè)明顯的脈沖， 因?yàn)榉Q重傳感器信號(hào)頻率般為低頻信號(hào),，因此可判斷本實(shí)驗(yàn)稱重傳 感器的信號(hào)頻率為0.2Hz,，同時(shí)可看到其他波段處波動(dòng)較為均勻，是 明顯的白噪聲干擾,。因此,，為了保證稱重傳感器信號(hào)的真實(shí)不失真性 同時(shí)兼顧系統(tǒng)精度要求，選定數(shù)字濾波器為低通濾波器，其截止頻率 為 2Hz,。

　　3.階慣性濾波

　　階慣性濾波器因其程序設(shè)計(jì)簡單,，濾波效果明顯，因而被廣大 設(shè)計(jì)人員所采用,，對(duì)于截止頻率為2Hz的階慣性濾波器,，其系統(tǒng)傳 遞函數(shù)為：

　　對(duì)比圖1和圖3可以看出，經(jīng)過階慣性數(shù)字濾波之后,， 據(jù)波動(dòng)改善明顯,，毛刺明顯變小，其濾波效果已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò),， 差減小為2.26,，數(shù)字信號(hào)精度提高75.75%。

　　4.FIR濾波

　　FIR(Finite Impulse Response)數(shù)字濾波器又稱為“有限沖激響應(yīng)數(shù) 字濾波器”,。其頻域傳遞函數(shù)般為：

　　只⑵士⑴+匕⑵? +...+b(n+l)z 因此設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的關(guān)鍵就是計(jì)算出其濾波器系數(shù),。本項(xiàng) 目采用窗口函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器，設(shè)定濾波器的截止頻率為 2HZ,窗函數(shù)為海明窗(Hamming),。對(duì)于截止頻率只有幾赫茲的FIR濾 波器來說,，要想有較高的濾波效果，濾波器階數(shù)是幾十階甚至上 百階,，但在實(shí)際工程項(xiàng)目中,，階數(shù)太高的FIR濾波器在程序編寫上不 方便，為此我們選定濾波器的階數(shù)為10階,。濾波后數(shù)據(jù)時(shí)域圖如圖4 所示,。

　　對(duì)比圖1和圖4可以看出，F(xiàn)IR濾波后數(shù)據(jù)相對(duì)于原始數(shù)據(jù)其 濾波效果也很明顯,，經(jīng)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差減小為2.62,，數(shù)字信號(hào)精度提高 71.89%。

　　FIR濾波精度跟階慣性濾波器對(duì)比可知,，其濾波效果不如階 慣性濾波器,，濾波后數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差FIR稍大，所以FIR濾波器不是我們 所需要的理想濾波器,。

　　5.IIR濾波

　　IIR(Infinite Impulse Response)數(shù)字濾波器又稱為“無限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器”,。其時(shí)域傳遞函數(shù)般為：

　　IIR濾波器也有很多形式，本文將選用在通帶內(nèi)為平坦的巴特 沃斯數(shù)字濾波器,，其設(shè)計(jì)方法般是： 先確定濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo),，

　　包括濾波器階數(shù)和歸化的截止頻率，然后借助Matlab中的FDA Tool工具箱觀察其幅頻曲線,，看其通帶阻帶衰減是否合適,，后利用 庫函數(shù)butter函數(shù)得出濾波器的系數(shù),。本文設(shè)定巴特沃斯濾波器截止 頻率為2Hz，階數(shù)為6階,。濾波后數(shù)據(jù)時(shí)域圖如圖5所示,。

　　對(duì)比圖1和圖5可以看出，巴特沃斯數(shù)字濾波器濾波效果十分優(yōu) 越,，濾波后的數(shù)據(jù)曲線很平滑,，基本上沒有毛刺，經(jīng)計(jì)算濾波后的數(shù) 據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差僅為1.51,，將數(shù)字信號(hào)精度提高了 83.80%,。比階慣性濾波 標(biāo)準(zhǔn)差小很多。說明巴特沃斯濾波器對(duì)稱重傳感器信號(hào)高頻噪聲有很 好的抑制作用,，是我們所需要的數(shù)字濾波器,。

　　6.總結(jié)

　　本文主要探討了幾種常用的數(shù)字濾波方法，并通過實(shí)驗(yàn)分別對(duì)他 們進(jìn)行了分析對(duì)比,，我們決定采用巴特沃斯數(shù)字濾波器對(duì)稱重傳 感器進(jìn)行濾波處理,，這種數(shù)字濾波方法大大提高了傳感器信號(hào)的采集 精度，并且這種濾波技術(shù)不増加硬件電路設(shè)計(jì),，不増加額外成本,，并 且程序編寫簡單、靈活,，因此可以大規(guī)模的推廣使用,。