交变信号复合数字滤波及滤除点的插值替补处理

　　1　引言

　　智能化测控仪器仪表采用数字化采样测量,从被测参数的数学定义出发,经过计算得到测量结果,从而简化有关硬件电路,提高测量精度和仪器性能。智能化测控系统首先藉助传感器将各种外界信号转换成电信号,经过信号变换电路后采用A/D转换器把连续模拟信号转换成数字量信息,还必须将其进一步转换为具有量纲的工程量,即进行标度变换,才能运算处理、显示或打印输出。标度变换有各种类型,这取决于被测参数的传感器的类型,一般可分为线性标度变换和非线性标度变换两种,其通用数学模型可表示为:

　　Y=f(X) (1—1)

　　式中,Y表示参数测量值,X表示与测量值对应的A/D转换值(采样值),实际应用中往往是经数字滤波后所确定的采样值,显然,参数测量值与采样值具有一一对应关系。

　　测控系统的输入信号中,均混杂有各种干扰和噪声,它们来自被测信号源、传感器和外界干扰等,为了进行准确的测量和控制,就必须予以削弱和消除。数字滤波器在智能化测控仪器仪表系统中被广泛应用于抑制和削弱随机噪声干扰,以改善和提高信号质量。常用的数字滤波方法包括算术平均值法、滑动平均值法、防脉冲干扰平均值法及程序判断滤波等。

　　工程应用中还有一类对于交变信号的采样检测,标度变换是进行给定测量周期内一组采样值的数值积分运算,上述的常用数字滤波方法则难以奏效。本文针对交变信号积分采样检测的特点,提出一种在单片机上实现的复合数字滤波处理方法,并提出异常点滤除后的插值替补方法。

　　2　交变信号积分采样的主要特征

　　工频交流电压(或电流)有效值智能测量系统主要由变压器(或电流互感器)、整流放大、硬件滤波、A/D转换器和单片机组成。以测量交流电压有效值为例,计算公式为:

　　式中,u表示t时刻电压瞬时值u(t),T为电压信号波形周期,Ku为标度变换系数,U表示交流电压信号有效值。以一个周期T内有限个采样电压数字量来代替一个周期内连续变化的函数,实际应用中往往取相邻两次采样的时间间隔均相等,为常数ΔΤ,N=T/ΔΤ+1,将式(2—1)离散化,

　　式中,ui为第i-1个时间间隔的电压信号采样瞬时值,N为一个周期的采样点数。

　　表面粗糙度是反映机电产品表面质量的一个非常重要的技术指标,根据表面粗糙度国家标准,轮廓的算术平均偏差Ra是表面粗糙度的主要评定参数之一,其定义为在取样长度l内对微观几何形状误差采样值yi(i=1,2,…,N)进行数值积分而得到测量结果,计算公式为:

　　离散化表示为: