機電一體第5章信號處理-資料下載頁
2025-05-14 22:48本頁面
【正文】 性能，尤其是抑制高頻噪聲。參看圖 a)，輸入信號首先通過預處理濾波器，濾波特性如圖 b)，這種特性能高高頻分量的幅度，隨后由主系統(tǒng)對信號作處理。主系統(tǒng)級會給信號增加噪聲，主系統(tǒng)級輸出的信號再通過后整理濾波器。后整理濾波器的特性如圖 c)。這樣就衰減了高頻分量和附加噪聲。 圖 數(shù)據(jù)的預處理濾波和后整理濾波 5． 7 數(shù)字信號的處理和分析 ? 數(shù)字信號處理是用微處理器的計算功能分析信號數(shù)據(jù)。數(shù)字技術(shù)能做溫度補償、信號線性化、濾波以及快速傅里葉變換這類復變函數(shù)分析運算。數(shù)字系統(tǒng)的長期穩(wěn)定牲好，不受漂移等因素的影響。但是比起同樣功能的模擬系統(tǒng)來，系統(tǒng)所需的運算時間較長。另外，必須保證數(shù)字系統(tǒng)固有的延時不會影響系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。 數(shù)字信號處理 ? 利用處理器的強大功能可以對傳感器的輸出信號作各種各樣的分析和運算，包括數(shù)據(jù)線性化和溫度補償以及傅里葉分析、自檢、自校準等更復雜的操作。還可以把多個信號源的信息送到一個處理器，這樣就能了解復雜環(huán)境的詳情。 線性化 ? 有時候傳感器輸出與被測參數(shù)之間的關(guān)系很復雜，不能直接用模擬信號處理技術(shù)。對于具有非線性特性的傳感器，處理器的計算能力和查表功能使這類傳感器的應用日益廣泛。 補 償 ? 有些傳感器用的材料是性質(zhì)較活潑的硅類材料，對溫度等諸多環(huán)境條件很敏感，這樣會使輸出信號畸變。可用其他手段分別檢測各個外部條件，然后可由微處理器做適當?shù)难a償。 信號的平均 ? 重復信號易受隨機噪聲的干擾，求信號平均值能從噪聲中恢復信號。假設(shè)一個信號加入了均值為 0，標準差為 σ n的高斯白噪聲，對它接連采了 N組樣，每組， 1個樣本值，每個樣本值都含有信號和噪聲。對這 N組樣本求簡單平均值 ? 平均之后噪聲仍保持其高斯分布，但標準差已變?yōu)? 因此 ra更接近信號的實際值。 離散傅里葉分析 ? 傅里葉分析是強有力的分析工具，廣泛用于提取關(guān)于系統(tǒng)行為的信息。用傅里葉正變換式 (上 )和傅里葉逆變換式 (下 )可以把信號從時域變換到頻域或從頻域變換到時域。在頻域里可以獲得功率譜密度等信息，可以應用相關(guān)分析和譜分析工具。 ? 離散傅里葉變換 (DFT)用于周期性數(shù)字信號分析，這種信號在頻域里也是周期性的。DFT運算確定了所謂奈奎斯特頻率 (Nyquist frequency)，它等于采樣頻率的一半。奈奎斯特頻率以上的各頻率分量可能會與以下的各頻率分量混淆。這正符合前面敘述過的采樣定理。 ? DFT通常用快速傅里葉變換 (FFT)算法實現(xiàn)，F(xiàn)FT能減少計算時間。原始信號的獲取方式對 DFT／ FFT的效果好壞有很大影響。 5． 8 信號處理技術(shù)的發(fā)展 ? 5． 8． 1 智能型敏感器件 ? 把傳感器和有關(guān)電子線路集成在一個芯片上，由這一構(gòu)想形成了智能型敏感器件的概念。這種智能型敏感器件應該具有以下部分或全部特點： ? 1)對溫度等外部環(huán)境因素和失調(diào)、漂移等內(nèi)部因素有補償功能； ? 2)信號處理功能，可用模擬技術(shù)，也可用數(shù)字技術(shù)； ? 3)有診斷能力的自檢和自校準； ? 4)有決策能力； ? 5)與其他器件和中心控制單元之間的雙向通信功能。 ? 最早研制的智能型敏感器件是硅材料智能壓力傳感器，其輸出電流在 4~20mA之間，它的測量范圍和標度能夠遠距離重置。當前這種智能傳感器用于難以實施常規(guī)保養(yǎng)和檢修的環(huán)境中。 ? 到目前為止，智能型敏感器件只是在常規(guī)檢測系統(tǒng)支持下應用于有限的場合。其開發(fā)過程并未導致全新的敏感器件出現(xiàn)，只是改進了現(xiàn)有技術(shù)。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，單個硅片上集成度的提高和厚膜混合電路的使用，智能型敏感器件的價格會降低，其用領(lǐng)域無疑會擴大。 專家系統(tǒng)、人工智能 在測量中的應用 ? 目前專家系統(tǒng)在從醫(yī)學診斷到計算機系統(tǒng)設(shè)計等領(lǐng)域中用于數(shù)據(jù)分析解釋。在機械電子學領(lǐng)域，諸如工作條件監(jiān)測、故障分析、視覺系統(tǒng)、機器人等方面，專家系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。 . ? 高級全自動照相機能無需人的干預而確定最優(yōu)光圈和快門速度；汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)能不斷調(diào)整各種參數(shù)改善發(fā)動機的效率；飛機駕駛艙的顯示屏能自動把最重要的信息顯示給駕駛員，所有這些雖還達不到專家系統(tǒng)的水平，但其發(fā)展方向是十分清楚。 ?在一些復雜的非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中，往往有多個數(shù)據(jù)源給出大量的數(shù)據(jù)，譬如行走機器人的軍事態(tài)勢分析。為了處理這些數(shù)據(jù)，發(fā)展了一種數(shù)據(jù)融合(datafusion)的思想，人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)來分析并解釋數(shù)據(jù)。 習 題 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5．什么情況下需要信號隔離 ? ? ? ? ? ? ?
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