传感器的数字滤波技术

传感器的输出信号被采入计算机后往往要先进行适当的预处理，其目的是去除混杂在有用信号中的各种干扰，并对检测系统的非线性、零位误差和增益误差等进行补偿和修正。数字信号预处理一般用软件的方法来实现。

数字滤波
混杂在有用信号中的干扰信号有两大类：周期性干扰和随机性干扰。典型的周期干扰是50Hz的工频干扰，采用积分时间为20ms整数倍的双积分型A/D转换器，可有效地消除其影响。对于随机性干扰，可采用数字滤波的方法予以削弱或消除。
数字滤波实质上是一种程序滤波，与模拟滤波相比具有如下优点：
①不需要额外的硬件设备，不存在阻抗匹配问题，可以使多个输入通道共用一套数字滤波程序，从而降低了仪器的硬件成本。
②可以对频率很低或很高的信号实现滤波。
③可以根据信号的不同而采用不同的滤波方法或滤波参数，灵活、方便、功能强。数字滤波的方法很多，下面介绍几种常用的方法。
1.中值滤波
中值滤波方法对缓慢变化的信号中由于偶然因素引起的脉冲干扰具有良好的滤除效果。其原理是，对信号连续进行n次采样，然后对采样值排序，并取序列中位值作为采样有效值。程序算法就是通用的排序算法。采样次数n一般取为大于3的奇数。当n＞5时排序过程比较复杂，可采用“冒泡”算法。
2.算术平均滤波
算术平均滤波方法的原理是，对信号连续进行n次采样，以其算术平均值作为有效采样值。该方法对压力、流量等具有周期脉动特点的信号具有良好的滤波效果。采样次数n越大，滤波效果越好，但灵敏度也越低，为便于运算处理，常取n = 4、8、16。

图 滑动平均滤波程序流程图

     传感器是机电一体化产品中不可缺少的重要组成部分之一，是实现自动控制、自动调节的关键环节。传感器把被测物理量（大多数为非电量）检测出来，转换成与之相应的其他易于测量的物理量（大多数为电量）。随后，这个信息被传送给信息处理部分进行判断、运算、存贮、进而控制被测量。其水平高低在很大程度上影响和决定着系统的功能；其水平越高，系统的自动化程度就越高。在一套完整的机电一体化系统中，如果不能利用传感检测技术对被控对象的各项参数进行及时准确地检测出并转换成易于传送和处理的信号，我们所需要的用于系统控制的信息就无法获得，进而使整个系统就无法正常有效的工作。传感器输出信息正确与否将直接影响整个系统的工作，因此，传感器的正确选择和应用十分重要。