文中介紹應(yīng)用數(shù)字濾波方法提高磁致伸縮位移傳感器測(cè)量準(zhǔn)確度的方法，提出用窗函數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的方 法，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明。磁致伸縮式位移傳感器是一種利用在金屬中傳 播的機(jī)械彈性波，把位移變換成其傳播時(shí)間，檢測(cè) 被測(cè)物位移的傳感器。它通過測(cè)量發(fā)出的電流脈沖與回波脈沖信號(hào)之間的時(shí)間差，再根據(jù)聲波的 傳遞速度獲得準(zhǔn)確的位置值[I]。通常，在測(cè)量過程 中有噪聲混入，而由于磁致伸縮式位移傳感器本身具有高精度，為實(shí)現(xiàn)高的測(cè)量準(zhǔn)確度，對(duì)噪聲進(jìn)行處理。
1 輸出信號(hào)的特點(diǎn)
傳感器磁環(huán)與測(cè)桿相對(duì)靜止時(shí)，輸出信號(hào)仍有 相對(duì)與其測(cè)量精度而言影響很大的擾動(dòng)，這是由于 波導(dǎo)管內(nèi)電流脈沖和應(yīng)變脈沖的影響（有時(shí)強(qiáng)度可 以達(dá)到滿量程的0.2%),以及系統(tǒng)的雜散噪聲。 在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，也有類似的現(xiàn)象。這一類噪聲干擾 相對(duì)于測(cè)量信號(hào)而言具有較高的頻率。因此，可以考慮用FIR低通數(shù)字濾波器來(lái)濾除噪聲干擾，提 高傳感器使用準(zhǔn)確度。
2 FIR低通數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)
數(shù)字濾波器有IIR (無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器）和FIR (有限沖激響應(yīng)濾波器）之分，考慮到系統(tǒng)的 穩(wěn)定性，線性相位的實(shí)現(xiàn)以及有利于提高運(yùn)算效率 等因素，選用FIR數(shù)字濾波器。FIR低通數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法是建立在對(duì)理想濾波器頻率性作某種近似的基礎(chǔ)上的。這些方法 有窗函數(shù)法、頻率抽樣法及一致逼近法。在此采用窗函數(shù)法。設(shè)計(jì)原理假設(shè)理想的低通濾波器頻率響應(yīng)為Hd(產(chǎn)），要求設(shè)計(jì)一個(gè)FIR濾波器頻率響應(yīng)。但設(shè)計(jì)是在時(shí)域進(jìn)行的，因而先由凡（產(chǎn)）的傅立葉反變換導(dǎo)出加(n),要用有限長(zhǎng)的h(n)來(lái)逼近無(wú)限長(zhǎng)的hd(n),有效的方法是用一個(gè)有限長(zhǎng)度的窗口函數(shù)序列w(n)來(lái)截取hd (n)按照復(fù)卷積公式，在時(shí)域是相乘，則頻域上是周期 性卷積關(guān)系因而H (e"")逼近凡 (t!") 的好壞，取決與 窗函數(shù)的頻率特性 W(產(chǎn)）。
窗函數(shù)的選擇凱塞(Kaiser)窗函數(shù)可以通 過參數(shù)的控制來(lái)改變窗函數(shù)的主瓣寬度和旁瓣衰減，是一個(gè)靈活的性能良好的窗函數(shù)。因此本設(shè)計(jì) 采用凱塞窗函數(shù)。其中類變形零階貝塞爾函數(shù)， N是濾波器階數(shù)，p是窗函數(shù)的形狀的參數(shù)，可以的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到其中的阻帶衰減(dB), L:::,,.w是最小過渡帶 寬。窗函數(shù)w(n)選定后，用w(n)截?cái)鄅d(n)得到h(n) 平移使h(n)h (n)是以n 為對(duì)稱的， 具有線性相位，頻譜逼近理想低通濾波器的hd (n)。 這樣用有限長(zhǎng)h(n)代替無(wú)限長(zhǎng)hd (n) 即可實(shí)現(xiàn)低通濾波。
3 試驗(yàn)驗(yàn)證明
在設(shè)計(jì)程序時(shí)， 用求和代替積分， 對(duì)零階變形貝塞爾函數(shù)采用無(wú)窮級(jí)數(shù)表示這個(gè)無(wú)窮級(jí)數(shù)可用有限項(xiàng)級(jí)數(shù)去近似，項(xiàng)數(shù)多少由 要求精度來(lái)確定。離散信號(hào)x(n)經(jīng)過數(shù)字濾波器h(n),得到的響應(yīng)為y(n),則y(n)=x(n)*h(n),y(n)即為經(jīng) 濾波平滑后的輸出信號(hào)。h(n)的求解和卷積運(yùn)算由C語(yǔ)言編程以軟件形式實(shí)現(xiàn)。通過用磁致伸縮式位移傳感器測(cè)量液位的試驗(yàn)， 由計(jì)算機(jī)通過12位A心采集卡進(jìn)行采樣， 然后對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波， 加濾波器后， 測(cè)量結(jié)果的 波動(dòng)明顯減小。通過試驗(yàn)表明， 此濾波器方法， 能明顯提高磁致伸縮式位移傳感器的使用準(zhǔn)確度。 對(duì)于不同性質(zhì)的測(cè)試需求， 調(diào)整窗函數(shù)的參數(shù)可達(dá)到要 求。 如果使用專門DSP硬件系統(tǒng)， 則能大大提高 數(shù)據(jù)處理速度， 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。
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