機(jī)電一體化教材

第二章檢測(cè)與傳感器2.1概述2.2線(xiàn)位移檢測(cè)傳感器2.3角位移檢測(cè)傳感器2.4速度、加速度傳感器2.5測(cè)力傳感器2.6傳感器的正確選擇和使用2.7檢測(cè)信號(hào)的采集與處理2.1概述一、定義及分類(lèi)：1、定義：傳感器是將力、溫度、位移、速度等量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的元件。“傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化的第一基礎(chǔ)”2、分類(lèi)按能量變換的功能分：按輸出的信號(hào)分：物理傳感器化學(xué)傳感器

計(jì)數(shù)型（二次型+計(jì)數(shù)型）脈沖信號(hào)

電壓，電流型（熱電偶,Cds電池）電感，電容型（可變電容）有接點(diǎn)型(微動(dòng)開(kāi)關(guān)，接觸開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān))

傳感器

電阻型（電位器，電阻應(yīng)變片）非電量型二值型電量無(wú)接點(diǎn)型(光電開(kāi)關(guān)，接近開(kāi)關(guān))模擬型數(shù)字型代碼型（旋轉(zhuǎn)編碼器，磁尺）二、傳感器的基本特性1.傳感器的靜特性傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入與輸出值之間的關(guān)系。傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有：線(xiàn)性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等。(1).線(xiàn)性度傳感器的線(xiàn)性度是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際輸出—輸入特性曲線(xiàn)與理論直線(xiàn)之間的最大偏差與輸出滿(mǎn)度值之比，即二、傳感器的基本特性(2).靈敏度傳感器的靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出量的變化量與輸入量的變化量之比，即(3).遲滯傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨校敵觥斎胩匦郧€(xiàn)不重合的程度稱(chēng)為遲滯，遲滯誤差一般以滿(mǎn)量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示

二、傳感器的基本特性(4).重復(fù)性傳感器在同一條件下，被測(cè)輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，所得輸出——輸入曲線(xiàn)的不一致程度，稱(chēng)重復(fù)性。重復(fù)性誤差用滿(mǎn)量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示，即近似計(jì)算精確計(jì)算二、傳感器的基本特性5.分辨力傳感器能檢測(cè)到的最小輸入增量稱(chēng)分辨力，在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱(chēng)為閾值。6.零漂傳感器在零輸入狀態(tài)下，輸出值的變化稱(chēng)為零漂，零漂可用相對(duì)誤差表示，也可用絕對(duì)誤差表示。2.傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器能測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力用動(dòng)態(tài)特性表示。動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特性。傳感器動(dòng)態(tài)特性的性能指標(biāo)可以通過(guò)時(shí)域、頻域以及試驗(yàn)分析的方法確定，其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)如：最大超調(diào)量、上升時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、頻率響應(yīng)范圍、臨界頻率等。

二、傳感器的基本特性1.新型傳感器的開(kāi)發(fā)鑒于傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律，由此啟發(fā)人們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、采用新原理、開(kāi)發(fā)新材料、采用新工藝，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑?？傊?，傳感器正經(jīng)歷著從以結(jié)構(gòu)型為主轉(zhuǎn)向以物性型為主的過(guò)程。三、傳感器的發(fā)展方向2.傳感器的集成化和多功能化隨著微電子學(xué)、微細(xì)加工技術(shù)和集成化工藝等方面的發(fā)展，出現(xiàn)了多種集成化傳感器。這類(lèi)傳感器，或是同一功能的多個(gè)敏感元件排列成線(xiàn)性、面型的陣列型傳感器；或是多種不同功能的敏感元件集成一體，成為可同時(shí)進(jìn)行多種參數(shù)測(cè)量的傳感器；或是傳感器與放大、運(yùn)算、溫度補(bǔ)償?shù)入娐芳梢惑w具有多種功能——實(shí)現(xiàn)了橫向和縱向的多功能。三、傳感器的發(fā)展方向3.傳感器的智能化

“電五官”與“電腦”的相結(jié)合，就是傳感器的智能化。智能化傳感器不僅具有信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)還具有記憶、存儲(chǔ)、解析、統(tǒng)計(jì)處理及自診斷、自校準(zhǔn)、自適應(yīng)等功能。如進(jìn)一步將傳感器與計(jì)算機(jī)的這些功能集成于同一芯片上，就成為智能傳感器。三、傳感器的發(fā)展方向2.2線(xiàn)位移檢測(cè)傳感器一、光柵位移傳感器二、感應(yīng)同步器三、磁柵位移傳感器一、光柵位移傳感器1、光柵的構(gòu)造：2、工作原理一、光柵位移傳感器

把兩塊柵距W相等的光柵平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角θ時(shí)，這時(shí)光柵上會(huì)出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這種條紋稱(chēng)莫爾條紋，它們沿著與光柵條紋幾乎垂直的方向排列，如圖所示。莫爾條紋具有如下特點(diǎn)：1.莫爾條紋的位移與光柵的移動(dòng)成比例。光柵每移動(dòng)過(guò)一個(gè)柵距W，莫爾條紋就移動(dòng)過(guò)一個(gè)條紋間距B

2.莫爾條紋具有位移放大作用。莫爾條紋的間距B與兩光柵條紋夾角之間關(guān)系為3.莫爾條紋具有平均光柵誤差的作用。

一、光柵位移傳感器

通過(guò)光電元件，可將莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換為近似正弦變化的電信號(hào)，如圖所示。

一、光柵位移傳感器其電壓為：

將此電壓信號(hào)放大、整形變換為方波，經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，再經(jīng)辨向電路和可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，則可用數(shù)字形式顯示出位移量，位移量等于脈沖與柵距乘積。測(cè)量分辨率等于柵距。一、光柵位移傳感器一、光柵位移傳感器動(dòng)尺定尺信號(hào)輸出1.增量式編碼器結(jié)構(gòu)二、光電編碼器2.增量式編碼器工作原理鑒向盤(pán)與主碼盤(pán)平行，并刻有a、b兩組透明檢測(cè)窄縫，它們彼此錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距，以使A、B兩個(gè)光電變換器的輸出信號(hào)在相位上相差90°。工作時(shí)，鑒向盤(pán)靜止不動(dòng)，主碼盤(pán)與轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，光源發(fā)出的光投射到主碼盤(pán)與鑒向盤(pán)上。當(dāng)主碼盤(pán)上的不透明區(qū)正好與鑒向盤(pán)上的透明窄縫對(duì)齊時(shí)，光線(xiàn)被全部遮住，光電變換器輸出電壓為最??；當(dāng)主碼盤(pán)上的透明區(qū)正好與鑒向盤(pán)上的透明窄縫對(duì)齊時(shí)，光線(xiàn)全部通過(guò)，光電變換器輸出電壓為最大。主碼盤(pán)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)刻線(xiàn)周期，光電變換器將輸出一個(gè)近似的正弦波電壓，且光電變換器A、B的輸出電壓相位差為90°。經(jīng)邏輯電路處理就可以測(cè)出被測(cè)軸的相對(duì)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

二、光電編碼器3.絕對(duì)式編碼器原理絕對(duì)式編碼器是把被測(cè)轉(zhuǎn)角通過(guò)讀取碼盤(pán)上的圖案信息直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)代碼的檢測(cè)元件。編碼盤(pán)有光電式、接觸式和電磁式三種。光電式碼盤(pán)是目前應(yīng)用較多的一種，它是在透明材料的圓盤(pán)上精確地印制上二進(jìn)制編碼。如圖所示為四位二進(jìn)制的碼盤(pán)，碼盤(pán)上各圈圓環(huán)分別代表一位二進(jìn)制的數(shù)字碼道，在同一個(gè)碼道上印制黑白等間隔圖案，形成一套編碼

二、光電編碼器

黑色不透光區(qū)和白色透光區(qū)分別代表二進(jìn)制的“0”和“1”。在一個(gè)四位光電碼盤(pán)上，有四圈數(shù)字碼道，每一個(gè)碼道表示二進(jìn)制的一位，里側(cè)是高位，外側(cè)是低位，在360°范圍內(nèi)可編數(shù)碼數(shù)為24=16個(gè)。二、光電編碼器

工作時(shí)，碼盤(pán)的一側(cè)放置電源，另一邊放置光電接受裝置，每個(gè)碼道都對(duì)應(yīng)有一個(gè)光電管及放大、整形電路。碼盤(pán)轉(zhuǎn)到不同位置，光電元件接受光信號(hào)，并轉(zhuǎn)成相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)放大整形后，成為相應(yīng)數(shù)碼電信號(hào)。

二、光電編碼器4.絕對(duì)式編碼器非單值性誤差的消除(1).循環(huán)碼盤(pán)(或稱(chēng)格雷碼盤(pán))右圖所示為四位二進(jìn)制循環(huán)碼。這種編碼的特點(diǎn)是任意相鄰的兩個(gè)代碼間只有一位代碼有變化，即“0”變?yōu)椤?”或“1”變?yōu)椤?”。因此，在兩數(shù)變換過(guò)程中，所產(chǎn)生的讀數(shù)誤差最多不超過(guò)“1”，只可能讀成相鄰兩個(gè)數(shù)中的一個(gè)數(shù)。

二、光電編碼器(2).帶判位光電裝置的二進(jìn)制循環(huán)碼盤(pán)該碼盤(pán)最外圈上的信號(hào)位的位置正好與狀態(tài)交線(xiàn)錯(cuò)開(kāi)，只有當(dāng)信號(hào)位處的光電元件有信號(hào)時(shí)才讀數(shù)，這樣就不會(huì)產(chǎn)生非單值性誤差。

二、光電編碼器2.6傳感器的正確選擇和使用一、傳感器的選擇二、傳感器的正確使用

1.測(cè)試要求和條件。測(cè)量目的、被測(cè)物理量選擇、測(cè)量范圍、輸入信號(hào)最大值和頻帶寬度、測(cè)量精度要求、測(cè)量所需時(shí)間要求等。

2.傳感器特性。精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、輸出量性質(zhì)、對(duì)被測(cè)物體產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)、校正周期、輸入端保護(hù)等。

3.使用條件。安裝條件、工作場(chǎng)地的環(huán)境條件（溫度、濕度、振動(dòng)等）、測(cè)量時(shí)間、所需功率容量、與其它設(shè)備的連接、備件與維修服務(wù)等。一、傳感器的選擇1.線(xiàn)性化處理與補(bǔ)償在機(jī)電一體化測(cè)控系統(tǒng)中，特別是需對(duì)被測(cè)參量進(jìn)行顯示時(shí)，總是希望傳感器及檢測(cè)電路的輸出和輸入特性呈線(xiàn)性關(guān)系，使測(cè)量對(duì)象在整個(gè)刻度范圍內(nèi)靈敏度一致，以便于讀數(shù)及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。2.傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定，就是利用精度高一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)量具對(duì)傳感器進(jìn)行定度的過(guò)程，從而確定其輸出量和輸入量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)也確定不同使用條件下的誤差關(guān)系。傳感器使用前要進(jìn)行標(biāo)定，使用一段時(shí)間后還要定期進(jìn)行校正，檢查精度性能是否滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)指標(biāo)。二、傳感器的正確使用3.抗干擾措施傳感器大多要在現(xiàn)場(chǎng)工作，而現(xiàn)場(chǎng)的條件往往是不可預(yù)料的，有時(shí)是極其惡劣的。各種外界因素要影響傳感器的精度和性能，所以在檢測(cè)系統(tǒng)中，抗干擾是非常重要的，尤其是在微弱輸入信號(hào)的系統(tǒng)中。常采用的抗干擾措施有屏蔽、接地、隔離和濾波等。二、傳感器的正確使用（1）屏蔽屏蔽就是用低電阻材料或磁性材料把元件、傳輸導(dǎo)線(xiàn)、電路及組合件包圍起來(lái)，以隔離內(nèi)外電磁或電場(chǎng)的相互干擾。屏蔽可分為三種，即電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽及電磁屏蔽。（2）接地電路或傳感器中的地指的是一個(gè)等電位點(diǎn)，它是電路或傳感器的基準(zhǔn)電位點(diǎn)，與基準(zhǔn)電位點(diǎn)相連接，就是接地。

二、傳感器的正確使用（3）隔離當(dāng)電路信號(hào)在兩端接地時(shí)，容易形成地環(huán)路電流，引起噪聲干擾。這時(shí)，常采用隔離的方法，把電路的兩端從電路上隔開(kāi)。隔離的方法主要采用變壓器隔離和光電耦合器隔離。（4）濾波雖然采取了上述的一些抗干擾措施，但仍會(huì)有一些噪聲信號(hào)混雜在檢測(cè)信號(hào)中，因此檢測(cè)電路中還常設(shè)置濾波電路，對(duì)由外界干擾引入的噪聲信號(hào)加以濾除。二、傳感器的正確使用2.7檢測(cè)信號(hào)的采集與處理一、檢測(cè)系統(tǒng)的組成二、模擬量的轉(zhuǎn)換輸入三、數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理1.模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)振蕩器用于對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并為解調(diào)提供參考信號(hào)；量程變換電路的作用是避免放大器飽和并滿(mǎn)足不同測(cè)量范圍的需要；解調(diào)器用于將已調(diào)制信號(hào)恢復(fù)成原有形式；一、檢測(cè)系統(tǒng)的組成

濾波器可將無(wú)用的干擾信號(hào)濾除，并取出代表被測(cè)物理量的有效信號(hào)；運(yùn)算電路可對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種處理，以正確獲得所需的物理量，其功能也可在對(duì)信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，由數(shù)字計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)；計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理后，可獲得相應(yīng)的信號(hào)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而在不需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的檢測(cè)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)則將有關(guān)信息送去顯示或打印輸出。一、檢測(cè)系統(tǒng)的組成2.數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)有絕對(duì)碼數(shù)字式和增量碼數(shù)字式。當(dāng)傳感器輸出的編碼與被測(cè)量一一對(duì)應(yīng)，稱(chēng)為絕對(duì)碼。絕對(duì)碼檢測(cè)系統(tǒng)如右圖所示，每一一、檢測(cè)系統(tǒng)的組成經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和放大整形后，得到與被測(cè)量相對(duì)應(yīng)的編碼。糾錯(cuò)電路糾正由于各個(gè)碼道刻劃誤差而可能造成的粗大誤差。采用循環(huán)碼（格雷碼）傳感器時(shí)則先轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼，再譯碼輸出。碼道的狀態(tài)由相應(yīng)光電元件讀出，

當(dāng)傳感器輸出增量碼信號(hào)，即信號(hào)變化的周期數(shù)與被測(cè)量成正比，其增量碼數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的典型組成如右圖所示。一、檢測(cè)系統(tǒng)的組成

傳感器的輸出多數(shù)為正弦波信號(hào)，需先經(jīng)放大、整形后變成數(shù)字脈沖信號(hào)。但在多數(shù)情況下，為提高分辨率，常采用細(xì)分電路使傳感器信號(hào)每變化1/n個(gè)周期計(jì)一個(gè)數(shù)，其中n稱(chēng)為細(xì)分?jǐn)?shù)。辨向電路用于辨別被測(cè)量的變化方向。當(dāng)脈沖信號(hào)所對(duì)應(yīng)的被測(cè)量不便讀出和處理時(shí)，需進(jìn)行脈沖當(dāng)量變換。計(jì)算機(jī)可對(duì)信號(hào)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算處理，并將結(jié)果直接送去顯示或打印輸出，或求取控制量去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1.模擬量的轉(zhuǎn)換輸入方式(4種)二、模擬量的轉(zhuǎn)換輸入2.多路模擬開(kāi)關(guān)多路模擬開(kāi)關(guān)又稱(chēng)為多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)稱(chēng)多路開(kāi)關(guān)，其作用是分別或依次把各路檢測(cè)信號(hào)與A/D轉(zhuǎn)換器接通，以節(jié)省A/D轉(zhuǎn)換器件。

二、模擬量的轉(zhuǎn)換輸入右圖表示一個(gè)8通道的模擬開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)圖，它由模擬開(kāi)關(guān)S0~S7及開(kāi)關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路組成。8個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的接通與斷開(kāi)，通過(guò)用二進(jìn)制代碼尋址來(lái)指定，從而選擇特定的通道。

上圖是AD7501型多路模擬開(kāi)關(guān)集成芯片的管腳功能圖，這是具有8路輸入通道、1路公共輸出的多路開(kāi)關(guān)CMOS集成芯片。由三個(gè)地址線(xiàn)（A0、A1、A2）的狀態(tài)及EN端來(lái)選擇8個(gè)通道之中的一路，片上所有的邏輯輸入端與TTL/DTL及CMOS電路兼容。其真值表如下:A2A1A0EN“ON”0001100112010130111410015101161101711118×××0無(wú)二、模擬量的轉(zhuǎn)換輸入3.信號(hào)采集與保持所謂采集，就是把時(shí)間連續(xù)的信號(hào)變成一串不連續(xù)的脈沖時(shí)間序列的過(guò)程。信號(hào)采樣是通過(guò)采樣開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。采樣開(kāi)關(guān)又稱(chēng)采樣器，實(shí)質(zhì)上它是一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)，每隔時(shí)間間隔T閉合一次，每次閉合持續(xù)時(shí)間τ，其中，T稱(chēng)為采樣周期，其倒數(shù)fs=1/T稱(chēng)為采樣頻率，τ稱(chēng)為采樣時(shí)間或采樣寬度，采樣后的脈沖序列稱(chēng)為采樣信號(hào)。采樣信號(hào)是一個(gè)離散的模擬信號(hào)，它在時(shí)間軸上是離散的，但在函數(shù)軸上仍是連續(xù)的，因而還需要用A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。二、模擬量的轉(zhuǎn)換輸入A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程需要一定時(shí)間，為防止產(chǎn)生誤差，要求在此期間內(nèi)保持采樣信號(hào)不變。實(shí)現(xiàn)這一功能的電路稱(chēng)采樣/保持電路。

二、模擬量的轉(zhuǎn)換輸入典型的采樣/保持電路由模擬開(kāi)關(guān)、保持電容和運(yùn)算放大器組成，如右圖所示。

運(yùn)算放大器N1和N2接成跟隨器，作緩沖器用。當(dāng)控制信號(hào)Uc為高電平時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管VF導(dǎo)通，對(duì)輸入信號(hào)采樣。輸入信號(hào)ui通過(guò)N1和VF向電容C充電，并通過(guò)N2輸出uo。由于N1的輸出阻抗很小，N2的輸出阻抗很大，因而在VF導(dǎo)通期間uo=ui。當(dāng)Uc為低電平時(shí)，VF截止，電容C將采樣器間的信號(hào)電平保持下來(lái)，并經(jīng)N2緩沖后輸出。二、模擬量的轉(zhuǎn)換輸入

傳感器的輸出信號(hào)被采入計(jì)算機(jī)后往往要先進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，其目的是去除混雜在有用信號(hào)中的各種干擾，并對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的非線(xiàn)性、零位誤差和增益誤差等進(jìn)行補(bǔ)償和修正。數(shù)字信號(hào)預(yù)處理一般用軟件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。1.數(shù)字濾波數(shù)字濾波實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波，與模擬濾波相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：①不需要額外的硬件設(shè)備，不存在阻抗匹配問(wèn)題，可以使多個(gè)輸入通道共用一套數(shù)字濾波程序，從而降低了儀器的硬件成本。②可以對(duì)頻率很低或很高的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波。③可以根據(jù)信號(hào)的不同而采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，靈活、方便、功能強(qiáng)。

三、數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理(1).中值濾波中值濾波方法對(duì)緩慢變化的信號(hào)中由于偶然因素引起的脈沖干擾具有良好的濾除效果。其原理是，對(duì)信號(hào)連續(xù)進(jìn)行n次采樣，然后對(duì)采樣值排序，并取序列中位值作為采樣有效值。程序算法就是通用的排序算法。采樣次數(shù)n一般取為大于3的奇數(shù)。

(2).算術(shù)平均濾波算術(shù)平均濾波方法的原理是，對(duì)信號(hào)連續(xù)進(jìn)行n次采樣，以其算術(shù)平均值作為有效采樣值。該方法對(duì)壓力、流量等具有周期脈動(dòng)特點(diǎn)的信號(hào)具有良好的濾波效果。采樣次數(shù)n越大，濾波效果越好，但靈敏度也越低，為便于運(yùn)算處理，常取n=4、8、16。三、數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理(3).滑動(dòng)平均濾波該方法采用循環(huán)隊(duì)列作為采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，隊(duì)列長(zhǎng)度固定為n，每進(jìn)行一次新的采樣，把采樣數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾，扔掉原來(lái)隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)。這樣，在隊(duì)列中始終有n個(gè)最新的數(shù)據(jù)。對(duì)這n個(gè)最新數(shù)據(jù)求取平均值，作為此次采樣的有效值。這種方法每采樣一次，便可得到一個(gè)有效采樣值，因而速度快，實(shí)時(shí)性好，對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用

三、數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理(4).低通濾波當(dāng)被測(cè)信號(hào)緩慢變化時(shí)，可采用數(shù)字低通濾波的方法去除干擾。數(shù)字低通濾波器是用軟件算法來(lái)模擬硬件低通濾波的功能。一階RC低通濾波器的微分方程為

三、數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理

式中:τ=RC是電路的時(shí)間常數(shù)。用X替代ui，Y替代uo，將微分方程轉(zhuǎn)換成差分方程，并整理得:式中——采樣周期；X（n）——本次采樣值；Y（n）和Y（n－1）——本次和上次的濾波器輸出值。取，則式（2－47）可改寫(xiě)成三、數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理

由上式可見(jiàn)濾波器的本次輸出值主要取決于其上次輸出值，本次采樣值對(duì)濾波器輸出僅有較小的修正作用，因此該濾波器算法相當(dāng)于一個(gè)具有較大慣性的一階慣性環(huán)節(jié)，模擬了低通濾波器的功能，其截止頻率為

數(shù)字低通濾波程序流程圖如下:三、數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理三、數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理例：信號(hào)X如下：t=0:0.001:1.024;x=sin(2*pi*10*t)+sin(2*pi*80*t)+sin(2*pi*160*t);plot(x（1：300）)利用傅里葉變換得到其頻譜圖y=fft(x)pyy=abs(y);plot(f,pyy(1:300))假設(shè)已知所采信號(hào)的頻率在10赫茲左右，可以用低通濾波器將80，160赫茲的信號(hào)濾去，低通濾波器的截止頻率設(shè)置為20赫茲，濾波程序如下：T=0.001;rfa=20*2*pi*T;j=1;Y(1)=x(1)whilej<=1024j=j+1;Y(j)=rfa*x(j)+(1-rfa)*Y(j-1);endplot(Y)濾波后信號(hào)的時(shí)域圖

濾波后信號(hào)的頻譜圖2.靜態(tài)誤差補(bǔ)償(1).非線(xiàn)性補(bǔ)償下圖為傳感器的非線(xiàn)性校正系統(tǒng)。當(dāng)傳感器及其調(diào)理電路至A/D轉(zhuǎn)換器的輸入—輸出有非線(xiàn)性，如下圖所示，可按下圖所示的反非線(xiàn)性特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)行非線(xiàn)性的校正，使輸出y與輸入x呈理想直線(xiàn)關(guān)系，如下圖所示。三、數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理

軟件校正非線(xiàn)性的方法很多，概括起來(lái)有計(jì)算法、查表法、插值法和擬合法等，下面介紹曲線(xiàn)擬合法。這種方法是采用n次多項(xiàng)式來(lái)逼近非線(xiàn)性曲線(xiàn)。該多項(xiàng)式方程的各個(gè)系數(shù)由最小二乘法確定。其具體步驟如下：

a.對(duì)傳感器及其調(diào)理電路進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，得校準(zhǔn)曲線(xiàn)。標(biāo)定點(diǎn)的數(shù)據(jù)為輸入xi：x1，x2，x3，…，xN輸出ui：u1，u2，u3，…，uNN為標(biāo)定點(diǎn)個(gè)數(shù)，i=1，2，…，N三、數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理b.設(shè)反非線(xiàn)