双线性滤波方法在跌落试验机改造中的应用

    运输包装件的跌落实验,是缓冲包装动态测试中的一个重要内容。实验所得的数据不仅能反映出缓冲包装件的耐冲击性能,而且也是缓冲包装件CAD数据库资料的信息来源。因此,建立完整、精确的实验数据采集、处理软硬件系统是很有必要的。笔者就跌落试验机的改造过程,对采集后的数据进行滤波处理的方法^[1-2]进行讨论。

    1　系统介绍

    1.1　系统的构成

    缓冲包装测试系统由软、硬件两个部分组成[3]。其中,硬件系统由跌落试验机、加速度传感器、电荷放大器、A/D转换接口板、计算机以及打印机组成;软件系统则实现信号采集及去躁处理、数据处理与曲线平滑、产品破损边界曲线与脆值获取、冲击谱计算和实验报告文件管理等功能。

    1.2　实验原理

    跌落冲击信号的发生装置由试件和包装跌落试验机组成[4]。试件置于试验机的支架上,到达一定的高度,然后释放回转碗,从而使试件作初速度为零的自由落体运动,最后与安装在地板上的试验机底板发生碰撞,形成跌落冲击。冲击信号的获取由安装在试件内的压电加速度传感器完成,然后由电荷放大器和A/D转换器件转换成数字信号,通过计算机进行数据处理并显示测试结果^[5]。

    2　双线性滤波方法及实现

    2.1　采集初始信号的分析

    试件跌落的运动方程为:

或者是

式中,M、C分别为跌落试件质量和粘性阻尼系数;β为相对阻尼系数,且β=C /12K、ω0分别为缓冲垫的刚度和系统的固有圆频率,且ω0=

    尽管缓冲垫的内摩擦比金属大1 000倍以上,但其阻尼系数仍然很小,β≈0,故式(2)可以简化成:

    该方程的通解为:

    于是加速度

    根据跌落的初始条件,可求得首次碰撞过程的冲击加速度:

    由上式可以看出,冲击加速度曲线的频率ω0=

    2.2　常用的数字滤波算法

    2. 2. 1　算术平均滤波法

    连续取N个采样值进行算术平均运算。N值较大时,信号平滑度较高,但灵敏度较低;N值较小时,信号平滑度较低,但灵敏度较高。

    2.2.2　递推平均滤波法

    递推平均滤波法又称滑动平均滤波法。把连续N个采样值看成一个队列,队列的长度固定为N,每次采样到一个新数据,将其放入队尾,并扔掉原来队首的一个数据,即采用先进先出原则。对队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果。