數(shù)字信號(hào)處理

1、二一六年十二月八日二一六年十二月八日谷物聯(lián)合收割機(jī)測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)的流谷物聯(lián)合收割機(jī)測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)的流量傳感器及其信號(hào)處理量傳感器及其信號(hào)處理報(bào)告報(bào)告人：人：一、雙板差分式?jīng)_量傳感器一、雙板差分式?jīng)_量傳感器二、信號(hào)處理二、信號(hào)處理三、總產(chǎn)量計(jì)算三、總產(chǎn)量計(jì)算四、總結(jié)四、總結(jié)一、雙板差分式?jīng)_量傳感器一、雙板差分式?jīng)_量傳感器谷物流量傳感器是測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。本文所采用的傳感器是一種基于雙弧板對(duì)稱結(jié)構(gòu)和機(jī)械減振裝置的雙板差分式?jīng)_量傳感器。如圖所示，該型流量傳感器主要是由谷物沖擊板（前板），檢振板（后板）、彈性梁、應(yīng)變電橋、減振器、固定支架等8個(gè)部分構(gòu)成。谷物沖擊板用于檢測(cè)谷物質(zhì)量流量信號(hào)，檢振板用于檢測(cè)振動(dòng)噪聲

2、信號(hào)。一、雙板差分式?jīng)_量傳感器一、雙板差分式?jīng)_量傳感器靜態(tài)性能試驗(yàn) 一、雙板差分式?jīng)_量傳感器一、雙板差分式?jīng)_量傳感器田間振動(dòng)試驗(yàn)及振動(dòng)信號(hào)使收割機(jī)空轉(zhuǎn)，在田間振動(dòng)的條件下，測(cè)試流量傳感器前板和后板的振動(dòng)信號(hào)變化情況如下圖所示。傳感器采用 2 個(gè)結(jié)構(gòu)性能一致的單板沖擊式流量傳感器構(gòu)成雙板差分式谷物流量傳感器，它利用前板接收谷物沖擊和噪聲雙重信號(hào)，后板只接收噪聲信號(hào)、沒有谷物沖擊信號(hào)的特點(diǎn)，對(duì)前后板信號(hào)進(jìn)行差分，獲得除去噪聲后的更加精確的谷物產(chǎn)量信息。二、信號(hào)處理二、信號(hào)處理根據(jù)前后板振動(dòng)信號(hào)的對(duì)比，可以明顯的發(fā)現(xiàn)前后板輸出信號(hào)存在差異，分析原因，主要是由于傳感器的前后板安裝位置與傳感器支架固定端

3、距離不同，收割機(jī)的機(jī)械振動(dòng)對(duì)其敏感梁產(chǎn)生的作用力不同引起的。因此，利用直接差分進(jìn)行 消噪，效果不夠理想。為此，提出了一種回歸差分方法，將后板振動(dòng)信號(hào)通過回歸來近似得到前板的振動(dòng)信號(hào),然后再進(jìn)行差分處理。二、信號(hào)處理二、信號(hào)處理將后板振動(dòng)信號(hào)設(shè)為X軸，前板振動(dòng)信號(hào)設(shè)為Y軸，通過最小二乘法計(jì)算出前后板噪聲的回歸方程：Y為前板振動(dòng)信號(hào)，x為后板振動(dòng)信號(hào)，回歸曲線如圖所示。確定系數(shù)為0.8555，說明前后板有較好的的相關(guān)性。二、信號(hào)處理二、信號(hào)處理直接差分處理時(shí)，噪聲信號(hào)電壓均值為 0.3666 V，振動(dòng)噪聲得到了降低，但效果不佳；利用回歸差分方法，處理后的噪聲信號(hào)均值為 0.1672 V，這表明，回

4、歸差分法的去噪效果優(yōu)于直接差分法。直接差分與回歸差分效果對(duì)比二、信號(hào)處理二、信號(hào)處理通過在田間收獲實(shí)驗(yàn)測(cè)得的流量傳感器信號(hào)2種差分方法的比較，根據(jù)下圖可以計(jì)算出直接差分流量信號(hào)之和為46.701 V，回歸差分后的信號(hào)之和為 30.558 V，總體數(shù)值減小，說明回歸差分方式更為有效的削弱了噪聲信號(hào)。但是通過觀察可以發(fā)現(xiàn)差分處理后得到的產(chǎn)量電壓信號(hào)中仍包含奇異值。測(cè)產(chǎn)試驗(yàn)二、信號(hào)處理二、信號(hào)處理閾值濾波右圖為刮板式升運(yùn)器和雙板差分式?jīng)_量傳感器的工作原理圖。由于傳感器的沖擊板上存在著谷物沖擊間隔，而且數(shù)據(jù)的采樣頻率與谷物沖擊頻率也不相等，因此，采樣時(shí)刻與谷物沖擊時(shí)刻很難完全一致，造成奇異數(shù)據(jù)點(diǎn)。為確

5、保產(chǎn)量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，因此采用了時(shí)域雙閾值濾波插值算法對(duì)差分預(yù)處理后的沖擊電壓信號(hào)再進(jìn)行處理。設(shè)實(shí)際產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)上限值為 uT1，下限值為 uT2，閾值濾波時(shí)對(duì)于超閾值范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值取代。根據(jù)取值方式不同，分為閾值取代法、前值取代法 2 種。這里采用前值取代法，因?yàn)槠淇梢员Ａ糨^為真實(shí)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)信息。二、信號(hào)處理二、信號(hào)處理閾值濾波-前值取代法當(dāng)采樣值大于最大閾值 uT1 或者小于最小閾值 uT2時(shí)，令采樣值等于前一個(gè)采樣值; 否則保持不變。若閾值設(shè)置不恰當(dāng)， 特別是當(dāng)閾值下限設(shè)置過大或者谷物 流 量 較 小 時(shí)， 閾 值 法 會(huì) 使 產(chǎn) 量 預(yù) 測(cè) 精 度 降低。根據(jù)實(shí)際產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的電壓

6、信號(hào)數(shù)值范圍， 此處取最大閾值 uT1 = 1. 2 V，最小閾值 uT2 = 0 V。三、總產(chǎn)量計(jì)算三、總產(chǎn)量計(jì)算通過對(duì)流量傳感器信號(hào)電壓積分可以計(jì)算出谷物總產(chǎn)量。實(shí)際工作時(shí)，一般將積分運(yùn)算轉(zhuǎn)化計(jì)算累加和的方式來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)對(duì)流量傳感器信號(hào)進(jìn)行采樣，頻率為1HZ。這篇文章采用了兩種差分方法對(duì)總產(chǎn)量進(jìn)行標(biāo)定和驗(yàn)證。三、總產(chǎn)量計(jì)算三、總產(chǎn)量計(jì)算 直接差分法三、總產(chǎn)量計(jì)算三、總產(chǎn)量計(jì)算利用回歸差分法進(jìn)行總產(chǎn)量標(biāo)定時(shí)，采用同樣的標(biāo)定方法，得到總產(chǎn)量的標(biāo)定方程為：測(cè)產(chǎn)試驗(yàn)中，回歸差分法的最大正誤差 8.03%，最大負(fù)誤差1.43%，平均誤差為3.27%。通過對(duì)比直接差分和回歸差分法可以很清晰的看出回歸差分法可以明顯提高測(cè)產(chǎn)精度。回歸差分法四、總結(jié)四