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【本科论文】关于加速度传感器中抗混叠滤波技术的设计与实现(论文范文)

星级: ★★★★ 期刊: 《科技创新与生产力》作者:张文俊,刘国忠,杜振波浏览量:4424 论文级别:优质本章主题:频率和信号原创论文: 5156论文网更新时间:12-17审核稿件编辑:Jesse本文版权归属:www.5156chinese.cn 分享次数:3250 评论次数: 1163

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3。山西广播电视台,山西 太原 030001)

摘 要:为了消除因温度变化引起的加速度传感器频率混叠现象,笔者采用在传感器信号调理电路的负反馈电阻上增加电容,形成一阶低通滤波器的方法,既可保证产品工作频率范围内的有效信号不被衰减,又可滤除信号频带外的所有高频噪声,是提高加速度传感器测试精度的一种有效措施.

关键词:加速度传感器;频率混叠;滤波技术

中图分类号:TN-9;TN06 文献标志码:A DOI:10。3969/j。issn。1674-9146。2014。04。100

在测控系统的数据采集过程中,不可避免地会有高频干扰信号混杂在有用信号中.当这些信号的频率超过采样定理所规定的范围时

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,就会采集到一些不确定的信号并对有用信号造成干扰,即频率混叠[1].加速度传感器在外界温度变化时有可能出 现频率混叠现象, 影响测试数据及试验结论的准 确性.

1 频率混叠机理分析

1。1 加速度传感器工作原理

加速度传感器内部电路由敏感头电路、信号调理电路和滤波电路组成(见图1).敏感头电路中包括加速度敏感器件及微控制器,敏感头输出信号中除了有用的加速度信号以外,还存在一定频率的数字干扰信号,噪声峰峰值可达100 mV,信号调理电路对敏感头输出信号进行放大及零位调整,滤波电路由开关电容椭圆形滤波器及阻容器件组成,对信号进行滤波,最后形成带宽为0~50 Hz,噪声小于40 mV的信号

频率专业本科论文撰写
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输出到信号采集设备.

1。2 加速度传感器频率混叠发生机理分析

开关电容滤波器及其外设电路见图2,其中,开关电容滤波器的CLK信号需外接电容,电容的容值决定信号的截止频率.当电容容值改变时,信号截止频率随之改变.因此电容容值固定后,开关电容滤波电路是在特定的频率下工作的,当输入信号的频率与滤波器工作频率的整数倍接近时就会产生频率混叠现象.

加速度传感器中开关电容滤波电路的工作频率是由外接电容的容值来确定的,由于不同电容器的容值存在个体差异,不同敏感头的工作频率也不完全相同.敏感头电路和滤波器的工作频率在产品制造完成时已经确定,两频率形成整数倍的几率较低,但当外界温度发生变化时,加速度传感器内部滤波器的工作频率由于电容器容值的温度漂移而发生变化,敏感头的工作频率也会随温度而变化,当温度变化使它们的频率成倍频关系时,就会出现频率混叠现象.

2 抗混叠滤波原理

在数据采集系统中,由于采样后信号的频谱以fs(采样频率)为周期重复,相邻周期的频谱关于 2k-12 fs(k = 1,…,n)对称,如果采样频率不够高,将产生采样信号频域混叠的现象.所以fs需要符合奈奎斯特定理的要求,即在

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对模拟信号进行离散化时,fs至少应2倍于被采集信号的最高频率fh,即fs≥2fh[2-3].在采样过程中,高频干扰信号也关于fs/2 对称,可以折叠到低频段,形成虚假频率成分.所以,在数据采集系统设计中,为了抑制这种现象发生,需要增加抗混叠滤波器[4-5].

抗混叠滤波实际是模拟滤波加数字滤波,这种方法降低了对模拟滤波器的设计要求,使其更容易实现.通过数字滤波器弥补了模拟滤波器的不足,提高了滤波器的整体性能,并且数字滤波器具有稳定性好、精度高、灵活性大、易于实现等突出优 点[6](见图3).

3 抗混叠滤波电路设计

抗混叠滤波电路见图4,在加速度传感器信号调理电路的负反馈电阻上增加电容,形成了一阶低通滤波器,即图3中的模拟抗混叠滤波器.将模拟滤波器的通频带设置在200 Hz以内,既保证产品0~50 Hz的工作频率范围内有效信号不被衰减,又可以滤除200 Hz以上带外的所有高频噪声,这样使20 kHz及其整数倍频的高频干扰信号得到有效抑制.

4 滤波效果分析

图5是采取抗混叠滤波技术与传统数字滤波技术后加速度传感器的输出噪声对比情况.由图5可见,采取抗混叠滤波技术后加速度传感器输出噪声由150 mV以上降低到20 mV以内,由于抗混叠数字滤波器有效抑制

加速度传感器中抗混叠滤波技术的设计与实现
频率和信号优秀论文要求

了包含在原始轮廓中的50 Hz 以上系统噪声,提高了产品的测量精度,测试数据能更加真实地反映被测物的加速度变化情况.

5 结束语

笔者提出的加速度传感器抗混叠滤波技术,采用模拟滤波与数字滤波相结合的方法,有效降低了模拟滤波器的设计指标,使其更易于实现.结合加速度传感器实际使用环境,分析了外界温度变化引起产品输出信号频率混叠现象的原理,详细论述了抗混叠数字滤波技术参数的计算与设计过程,通过多次试验结论对比,能够方便地得出设计结果,提高了产品性能,对实际工作具有指导意义.

[ 参考文献 ]

1、关于广电视频转播信号故障问题的研究 康国敏 宁夏回族自治区管理委员会办公室石嘴山市管理处 宁夏石嘴山 753000 本文就广电视频转播中出现的“黑屏、马赛克”等问题,进行定位查找干扰源和故障计算分析,快速、准

2、变桨变频器ok信号丢失故障处理分析 冯永涛 江西中电投新能源发电有限公司 江西南昌 330000 本文简单介绍GW77 1500机组Freqcon变桨系统,引出变桨变频驱动器AC2,并给出AC2故障说明,通过

3、北美地区视频直播信号传输方式的现状分析与思考 文 刘 阳 2009年新华社在海外成功实现了G20匹兹堡金融峰会、国庆60周年海外华人庆典和“国际儿童日”环球直播等重大活动的海外视频直播报道,这是新华社实施战略转型以来,海外电视报道

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