如何有效地提高傳感器的測試精度是行業(yè)的發(fā)展趨勢；近來，對傳感器進行實驗測試過程中發(fā)現(xiàn)結(jié)果存在明顯的工頻干擾，信號中夾雜有明顯噪音，具體頻率為50hz，因此，近來以解決實際問題為出發(fā)點，對相關(guān)的內(nèi)容進行歸納匯總；目前，消除噪音，提高傳感器采集精度主要包含兩種手段：1、硬件：通過電阻電容及電感構(gòu)成濾波電路，對外界干擾源進行屏蔽；2、算法：通過數(shù)字信號處理，構(gòu)建IIR、FIR濾波器對噪聲信號進行濾除；具體內(nèi)容如下所示~
圖a表述為信號采集系統(tǒng)實際測試結(jié)果，源信號中包含工頻干擾，即使傳感器未發(fā)生變形，輸出信號具有明顯的波動（幅度為0.6mv左右）；圖b表述為局部放大示意圖，從圖中可以看出干擾源的頻率為50hz。
附錄：補充材料
附1、硬件如何實現(xiàn)信號濾波？
本部分從硬件的角度對信號濾波整體方案進行介紹，主要分為三方面內(nèi)容：1、濾波器的種類以及相關(guān)電路，推導(dǎo)了二階低通、高通濾波器的傳遞函數(shù)（實際中應(yīng)用最廣）；2、帶通以及帶阻濾波器具體結(jié)構(gòu)；3、帶通濾波器具體設(shè)計過程，分享了MATLAB程序；
圖a表述為無源一階低通濾波器基本結(jié)構(gòu)；圖b表述為無源一階高通濾波器基本結(jié)構(gòu)；圖c表述為壓控性二階有源低通濾波器基本結(jié)構(gòu)（現(xiàn)實中應(yīng)用較廣），第一階電容C直接與運算放大器輸出端連接，引入正反饋，能夠有效地減小信號干擾；圖d表述為有源二階高通濾波器基本結(jié)構(gòu)；
附1：無源濾波器具有的優(yōu)點為：電路簡單，可靠性高；相應(yīng)的弊端為：信號經(jīng)過濾波器后具有能量損失；具有明顯的負(fù)載效應(yīng)；信號無放大作用等；附2：同相放大器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特性，廣泛應(yīng)用于前置放大級；附3：Rf電阻值不能大約2倍R1電阻值；
本部分對現(xiàn)實中應(yīng)用最為廣泛的有源二階濾波器進行分析，其中，低通濾波器的傳遞函數(shù)為：
通帶增益為：
高通濾波器的傳遞函數(shù)為：
通帶增益為：
另一方面，帶通、帶阻濾波器可以通過基本的低通、高通濾波器串并聯(lián)組成，其基本結(jié)構(gòu)為：
圖a表述為低通濾波和高通濾波器串并聯(lián)組成帶通、帶阻濾波器的基本過程；圖b表述為帶通濾波器基本結(jié)構(gòu)；圖c表述為帶阻濾波器基本結(jié)構(gòu)；
上圖表述基于MATLAB進行帶通濾波器設(shè)計的具體過程，程序源代碼如下所示，圖中三條曲線分別代表低通濾波器、高通濾波器以及串聯(lián)組成帶通濾波器的幅頻曲線，相關(guān)結(jié)果通過bode圖進行直觀展示，其中，縱坐標(biāo)的單位為dB（20lg|G(jw)|），橫坐標(biāo)采用對數(shù)坐標(biāo)系；附1：20dB表示信號衰減一個數(shù)量級；附2：硬件電路設(shè)計過程中，相關(guān)電阻的大小通過下述程序確定；
clear all;clc%有源帶通濾波器%LPF 傳遞函數(shù)計算 f0=35Hz C = 1uF，R = R=4.549kΩc1 = 1e-6;r1 = 4549;%HPF 傳遞函數(shù)計算 f0=15Hz C = 1uFc2 = 1e-6;r2 = 10615;%q 品質(zhì)因子（品質(zhì)因子和通帶增益具有一定關(guān)系）q=0.7%LPFAvp1 = 3-(1/q);k1 = (3-Avp1)/(c1*r1);k2 = 1/(c1*c1*r1*r1);k3 = Avp1/(c1*c1*r1*r1);num1=[k3]; %傳遞函數(shù)分子den1=[1 k1 k2]; %傳遞函數(shù)分母G1=tf(num1,den1);%HPFAvp2 = 3-(1/q);k4 = (3-Avp2)/(c2*r2);k5 = 1/(c2*c2*r2*r2);k6 = Avp2;num2=[k6 0 0]; %傳遞函數(shù)分子den2=[1 k4 k5]; %傳遞函數(shù)分母G2=tf(num2,den2);p=bodeoptions;p.FreqUnits='Hz';p.Grid= 'on';[num,den] = series(num1,den1,num2,den2); %計算串聯(lián)傳遞函數(shù)printsys(num,den) %顯示串聯(lián)后的總傳遞函數(shù)hold on;bode(num,den,p); %繪制波特圖% hold on;% bode(G1,p);% hold on;% bode(G2,p);title('有源二階模擬帶通濾波器相頻特性'); %標(biāo)題
附2、程序如何實現(xiàn)濾波？
本部分從算法的角度論述信號濾波的具體工作流程，主要的內(nèi)容包含：1、濾波器具體的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，采樣定理的含義；2、算法濾波后具體效果展示；具體內(nèi)容如下~
圖a表述FIR濾波器的幅頻特性曲線，其中，信號的采樣頻率為1000hz（采樣定理：采樣頻率大于信號最高頻率的2倍，即：現(xiàn)有測量系統(tǒng)在保證精度的情況下，待測信號的最大頻率為500hz）；現(xiàn)采用低通濾波器，截止頻率為50hz，當(dāng)信號頻率高于截止頻率時，信號幅值衰減10倍以上；圖b表述為采用濾波器對包含工頻干擾的信號進行分析處理的結(jié)果，從圖中可以看出，采用濾波算法與直接屏蔽干擾源具有相同的采樣效果，還是挺不錯的~
clear all;clc% 讀取傳感器輸出信號node='信號采集結(jié)果.txt';[x,y]...=textread(node,'%f%f','emptyvalue',0,'headerlines',10);output=filter(lowpass,y);caiji=1000:1:length(y);output=output(caiji,1);plot(output)function Hd = lowpass%LOWPASS Returns a discrete-time filter object.% All frequency values are in Hz.Fs = 2000; % Sampling FrequencyFpass = 40; % Passband FrequencyFstop = 50; % Stopband FrequencyDpass = 0.057501127785; % Passband RippleDstop = 0.1; % Stopband Attenuationdens = 20; % Density Factor% Calculate the order from the parameters using FIRPMORD.[N, Fo, Ao, W] = firpmord([Fpass, Fstop]/(Fs/2), [1 0], [Dpass, Dstop]);% Calculate the coefficients using the FIRPM function.b = firpm(N, Fo, Ao, W, {dens});Hd = dfilt.dffir(b);% [EOF]
從本科以來，數(shù)字信號處理作為最喜歡的一門課，沒想到還有派上用場的一天，??~
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