利用數(shù)據(jù)處理算法提高測(cè)量?jī)x器精度的探究

【摘 要】目前國(guó)內(nèi)的測(cè)量?jī)x器同國(guó)外相比，在測(cè)量精度與可靠性方面還是有很大的差距，如何提高測(cè)量?jī)x器的測(cè)量精度，是我們需要考慮的問(wèn)題。在生產(chǎn)研發(fā)時(shí)，電路的整體設(shè)計(jì)、元器件的選擇、模擬電路濾波、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)干擾處理等都會(huì)影響到儀器測(cè)量精度，如何利用軟件編程進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理，找到合適的算法模型，是提高儀器測(cè)量精度的重要手段。

【關(guān)鍵詞】測(cè)量精度；數(shù)據(jù)干擾；數(shù)據(jù)處理

1 精密測(cè)量?jī)x器的重要性

在精密和超精密加工技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，測(cè)量技術(shù)水平、測(cè)量精度的不斷提高已顯得尤為重要，在高質(zhì)量產(chǎn)品的制造和高效率生產(chǎn)環(huán)境的構(gòu)建中，測(cè)量技術(shù)起到了很大的作用，其重要性與日俱增。尤其在生產(chǎn)國(guó)際化、全球經(jīng)濟(jì)一體化迅速發(fā)展的時(shí)期，要求不同地區(qū)生產(chǎn)的高精度零部件，必須具有良好的互換性，因此，急需建立一種基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的擁有極佳測(cè)量精度及可靠性的測(cè)量體制。為了滿足上述要求，精密測(cè)量?jī)x器必須具有更高的精度、質(zhì)量和可靠性。各個(gè)儀器生產(chǎn)廠商也都在積極開(kāi)發(fā)功能更強(qiáng)、服務(wù)性能更好的新產(chǎn)品，而從中我們可以看到測(cè)量?jī)x器的最新動(dòng)向。國(guó)內(nèi)的超精密加工現(xiàn)狀與國(guó)外相比，還是有很大的差距，其主要原因與精密的測(cè)量技術(shù)有著直接關(guān)系，如何提高測(cè)量技術(shù)水平和降低測(cè)量技術(shù)成本，使之在工程實(shí)際中得到更為廣泛的應(yīng)用，并降低對(duì)環(huán)境和操作水平的要求是目前迫切需要解決的問(wèn)題。

2 影響測(cè)量?jī)x器精度的因素

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響

測(cè)量?jī)x器機(jī)械結(jié)構(gòu)的定型設(shè)計(jì)至關(guān)重要，機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性不夠強(qiáng)硬，一旦受到外界一些微小的影響都會(huì)使測(cè)量?jī)x器工作的不穩(wěn)定。另外許多測(cè)量設(shè)備都采用可變可調(diào)結(jié)構(gòu)，可調(diào)可變的結(jié)構(gòu)越多，相對(duì)測(cè)量?jī)x器的穩(wěn)定性能就會(huì)越差。

2.2 電氣方面的影響

電路的整體設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到可能會(huì)引起影響穩(wěn)定性及精度的問(wèn)題，以電感傳感器為例，輸入電橋、振蕩電流、整流電路、相敏檢波電流、正弦波發(fā)生電路等，都會(huì)影響到儀器的穩(wěn)定性及測(cè)量精度。傳感器的選擇與控制電箱的匹配非常重要，因?yàn)椴煌瑐鞲衅鞑牧系淖杩购挽`敏度都不同，對(duì)應(yīng)的電路設(shè)計(jì)也應(yīng)該不同。在電路的整體設(shè)計(jì)中，電路的元件選定會(huì)受到外界因素的影響，例如溫度的升高或降低，也會(huì)影響儀器的測(cè)量精度。

2.3 工作環(huán)境的影響

在測(cè)量?jī)x器的工作過(guò)程中，工作環(huán)境對(duì)測(cè)量精度會(huì)有較大的影響。工作環(huán)境可能會(huì)帶來(lái)不可避免的干擾，例如：高低頻噪聲干擾，電網(wǎng)諧波干擾，人體靜電干擾，空間的電磁干擾等許多干擾源，致使測(cè)量?jī)x器在工作時(shí)的穩(wěn)定性下降，因?yàn)閭鞲衅魇峭ㄟ^(guò)改變電感量來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入，而外界的干擾將直接影響到電感量的變化，直接影響儀器的測(cè)量精度。另外儀器應(yīng)避免安放在風(fēng)口位置，測(cè)量室都是恒溫的，在測(cè)量時(shí)，溫度撥動(dòng)較大就會(huì)使整個(gè)測(cè)量?jī)x器的工作不穩(wěn)定。測(cè)量?jī)x器的工作溫度、濕度等多方面因素的變化都或大或小的影響到儀器測(cè)量精度及其穩(wěn)定性。在我們使用測(cè)量?jī)x器時(shí)，應(yīng)該注意以上幾個(gè)方面，來(lái)最大限度的提高測(cè)量精度。

3 常見(jiàn)提高測(cè)量精度的數(shù)據(jù)處理算法

在采集控制系統(tǒng)的模擬量輸入信號(hào)中，或多或少的含有各種干擾，這些干擾來(lái)自被檢測(cè)信號(hào)源本身、傳感器、外界干擾等幾個(gè)方面。提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，必須消除信號(hào)中的干擾，需要有效的對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理，從而保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用普及率之高的今天，人們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)處理方法很多，也不斷的有更適用不同測(cè)量?jī)x的邏輯算法的出現(xiàn)。

3.1 中值數(shù)據(jù)處理算法

中值處理算法是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種有效抑制噪聲的非線性信號(hào)處理技術(shù)，它的基本原理是將采集的數(shù)據(jù)按大小排列，形成有序列數(shù)列，序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)領(lǐng)域中各點(diǎn)值的中值代替，讓周?chē)臄?shù)據(jù)值接近真實(shí)值，從而消除孤立的噪聲點(diǎn)。

3.2 限幅數(shù)據(jù)處理算法

限幅數(shù)據(jù)處理算法是把兩次相鄰的采集值進(jìn)行相減，取差值的絕對(duì)值△T作為比較依據(jù)，如果小于或等于△T，則取此次采樣值，如果大于△T，那么則取前次采樣值，如下式所示：

3.3 加權(quán)均值數(shù)據(jù)處理算法

加權(quán)均值即將各數(shù)值乘以相應(yīng)的權(quán)重值，然后加總求和得到總體值，再除以總的單位數(shù)。數(shù)據(jù)處理算法是對(duì)采樣序列{Ti}|i=0-n中的數(shù)據(jù)通過(guò){Ci}|i=0-n序列加權(quán)求和后，再取其平均值作為結(jié)果。

3.4 一階濾波數(shù)據(jù)處理算法

一階濾波算法又稱一階慣性濾波，可以實(shí)現(xiàn)普通硬件RC低通濾波的功能。

一階低通濾波算法公式為：Y（n）=aX（n）（1-a）Y（n-1）

式中：a=濾波系數(shù)；X（n）=本次采樣值；Y（n-1）=上次濾波輸出值； Y（n）=本次濾波輸出值。當(dāng)濾波系數(shù)較小時(shí)，一階濾波算法可以消除一些偶然的干擾，濾波結(jié)果非常平穩(wěn)。但是靈敏度較低，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)發(fā)生真實(shí)的變化時(shí)，濾波結(jié)果要經(jīng)過(guò)多次濾波后才能逐漸跟上該變化。當(dāng)濾波系數(shù)取中間值時(shí)，濾波結(jié)果平穩(wěn)度和靈敏度都比較一般，濾波結(jié)果比采樣數(shù)據(jù)更平滑一些，但不能消除干擾值的影響。當(dāng)濾波系數(shù)較大時(shí)，濾波效果已經(jīng)不明顯了。通過(guò)比較可知：濾波系數(shù)越小，濾波結(jié)果越平穩(wěn)，但是靈敏度較低；濾波系數(shù)越大，靈敏度越高，但濾波結(jié)果不穩(wěn)定。

3.5 傅里葉級(jí)數(shù)處理算法

在數(shù)據(jù)采集和處理的過(guò)程中，當(dāng)遇到確定周期T三角函數(shù)信號(hào)時(shí)，有一種非常快速有效的方法可以迅速的求出三角函數(shù)的振幅，相角。并且能有效的抑制信號(hào)中的干攏。這種方法就是傅里葉級(jí)數(shù)處理算法。

3.6 符合數(shù)據(jù)處理算法

有時(shí)為了提高濾波的效果，盡量減少干擾對(duì)測(cè)量精度的影響，常常將兩種或者兩種以上的數(shù)據(jù)處理算法結(jié)合起來(lái)，也可有效濾除干擾信號(hào)從而提高儀器的測(cè)量精度。

4 結(jié)語(yǔ)

精密加工和超精密加工已從單一的技術(shù)方法發(fā)展為制造系統(tǒng)工程。測(cè)量技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超精密加工的前提和基礎(chǔ)。精密加工和超精密加工過(guò)程中不僅要對(duì)工件的表面和質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，而且要檢驗(yàn)加工設(shè)備和基礎(chǔ)元部件的精度，如果沒(méi)有權(quán)威性的測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x器，就不能證實(shí)所達(dá)到的加工質(zhì)量。在生產(chǎn)開(kāi)發(fā)測(cè)量?jī)x器時(shí)，應(yīng)通過(guò)各類實(shí)驗(yàn)，結(jié)合測(cè)量?jī)x器的自身特點(diǎn)，找出合適的數(shù)據(jù)處理算法，彌補(bǔ)機(jī)械、電氣帶來(lái)的測(cè)量誤差，解決噪聲和干擾問(wèn)題，有效提高測(cè)量?jī)x器的測(cè)量精度。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：丁艷]