測量數(shù)據(jù)處理

1、關(guān)于測量數(shù)據(jù)處理第一張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4 測量數(shù)據(jù)處理原始測量數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換微機(jī)內(nèi)部先預(yù)處理顯示或輸出數(shù)據(jù)處理算法第二張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 測量數(shù)據(jù)處理4.1 零位和靈敏度的誤差校正4.2 量程自動切換4.3 超限自動報警4.4 標(biāo)度變換4.5 非線性校正算法4.6 數(shù)字濾波第三張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1零位和靈敏度的誤差校正軟件校正方法理想的線性測試系統(tǒng)輸出讀數(shù)被測真值該通道的標(biāo)稱靈敏度或增益 第四張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月軟件校正方法實(shí)際的線性測試系統(tǒng)存在“零位誤差”和“靈敏度誤差” “零位誤差”x0輸

2、入y為零時的輸出 指實(shí)際靈敏度k與標(biāo)稱靈敏度k0的偏差 第五張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月軟件校正方法測量誤差 （系統(tǒng)誤差）誤差值真值系統(tǒng)誤差第六張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月軟件校正方法誤差校正算法？根據(jù)式412推導(dǎo)第七張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月軟件校正方法誤差校正算法被測系統(tǒng)X1Y1被測系統(tǒng)X2Y2 第八張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月軟件校正方法誤差校正算法被測系統(tǒng)X00簡化第九張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月軟件校正方法標(biāo)準(zhǔn)輸入輸入為零被測量第十張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月硬件校正方法零位調(diào)整電路傳感器調(diào)零電路

3、許多傳感器都設(shè)置了專門的調(diào)零電路，當(dāng)被測非電量為零而傳感器的輸出不為零，可調(diào)整調(diào)零電路中的調(diào)零電位器實(shí)現(xiàn)調(diào)零。第十一張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月硬件校正方法電橋調(diào)零電路 傳感器常采用電橋作為測量電路為保證被測參數(shù)為零時，電橋輸出也為零。設(shè)置了調(diào)零電位器。圖中為調(diào)零電位器，調(diào)整它可使溫度為0時，電橋輸出電壓為零第十二張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月硬件校正方法放大器輸入偏移調(diào)零電路 放大器輸入電壓為前級測量電路的零位輸出。調(diào)整目的：保證放大器輸出電壓U0在x=0時為零K第十三張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月硬件校正方法A/D轉(zhuǎn)換器調(diào)零電路若A/D的輸入高端：被測

4、電壓Ux低端：調(diào)零電路提供偏移電壓UaU b,則有S傳感器和A/D轉(zhuǎn)換之前模擬電路的總靈敏度， qA/D轉(zhuǎn)換器的量化單位，即N=1所對應(yīng)的模擬電壓。第十四張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月AD590調(diào)零電路第十五張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月靈敏度調(diào)整的硬件實(shí)現(xiàn) 調(diào)整傳感器本身的靈敏度調(diào)整傳感器電橋電源電壓調(diào)整放大器放大倍數(shù)最常用。調(diào)整A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓注意：在零點(diǎn)和靈敏度都發(fā)生漂移的情況下，通常是先調(diào)零，后調(diào)靈敏度。第十六張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 量程自動切換量程指檢測系統(tǒng)測量上限x max和測量下限xmin之代數(shù)差，即：量程自動切換使測量過程

5、自動迅速地選擇在最佳量程上既能防止數(shù)據(jù)溢出和系統(tǒng)過載，又能保證一定的測量精度。傳統(tǒng)：手動切換第十七張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月兩個問題： 1、如何才能知道什么時候該量程切換？ 2、怎么實(shí)現(xiàn)量程切換？4.2 量程自動切換第十八張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 量程自動切換量程切換的依據(jù) 第十九張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 量程自動切換量程切換的依據(jù)不能使數(shù)據(jù)溢出，要求或第二十張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 量程自動切換相對誤差要求：或第二十一張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 量程自動切換量程判別條件 第二十二張，

6、PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 量程自動切換模擬判別的方法窗口比較器。圖421 ， 通常?。?過量程 欠量程 第二十三張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 量程自動切換數(shù)字判別的方法1、高位檢測法讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高兩位或高三位：若都為“1”，則“過量程”，若都為“0”，則“欠量程”。2、A/D自檢測法A/D自身提供“過量程”和“欠量程”指示信號。第二十四張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月量程切換的方法 程控放大器和程控衰減器 量程（上限）值 第二十五張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月量程切換的方法改變量程值方法改變E改變S改變K最常用改變K的常用電

7、路數(shù)控放大器由多路開關(guān)MUX和放大器構(gòu)成（a）。程控衰減器由多路開關(guān)MUX和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。MUX用作“量程切換開關(guān)”。第二十六張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月量程切換的程序編程原則若判別結(jié)果是“欠量程”，則切換到較小的量程即降一個量程；若判別結(jié)果是“超量程”，則切換到較大的量程即升一個量程；若判別結(jié)果是既不“欠量程”也不“超量程”，則不進(jìn)行量程切換；若已經(jīng)達(dá)到最小量程或最大量程，也不再進(jìn)行量程切換。通常一開始應(yīng)先選用最大量程進(jìn)行測量，以避免儀器過載或損壞。圖423第二十七張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3 超限自動報警重要參數(shù)上下限檢查報警程序設(shè)計：比較方法采樣、數(shù)

8、字濾波以及標(biāo)度變換、比較第二十八張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月上限處理下限處理第二十九張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月越限報警系統(tǒng)設(shè)計實(shí)例鍋爐報警系統(tǒng)P1口各位功能分配報警參數(shù)：水位(X1)、爐溫(X2)、蒸汽壓力下限(X3)；報警點(diǎn)：水位上、下限、溫度上、下限和蒸汽下限。報警方式：當(dāng)各參數(shù)均正常、無報警時綠燈亮，當(dāng)某參數(shù)過限發(fā)出報警信號，鳴笛并使相應(yīng)指示燈亮。第三十張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月鍋爐報警電路原理圖 第三十一張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月軟件設(shè)計控制報警報警參數(shù)和標(biāo)志存放地址的分配：設(shè)一個報警標(biāo)志單元如20H單元，無報警時20H清0

9、，有報警時20H置“1”；水位、溫度、壓力三個參數(shù)采樣值分別存放在SAMP為首地址的內(nèi)存單元中；5個報警點(diǎn)分別存放在30H34H內(nèi)部RAM中。水位上、下限用MAX1、MIN1表示；溫度上、下限用MAX2、MIN2表示，蒸汽壓力用MIN3表示，依次存于30H34H單元。 第三十二張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十三張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4 標(biāo)度變換標(biāo)度變換為能從顯示器上直接讀取帶有被測量量綱的數(shù)值所進(jìn)行必要的變換。普通萬用表上電流、電壓刻度普通萬用表上電阻刻度第三十四張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十五張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月

10、硬件實(shí)現(xiàn)-模擬顯示線性、非線性線性模擬儀表非線性模擬儀表測量通道不包含任何非線性環(huán)節(jié)包含非線性環(huán)節(jié)表頭指針偏轉(zhuǎn)角與被測量x的關(guān)系線性關(guān)系非線性關(guān)系表盤刻度線性均勻刻度非線性非均勻刻度標(biāo)定方法兩點(diǎn)定標(biāo)多點(diǎn)定標(biāo)：加多個標(biāo)準(zhǔn)輸入量x1,x2,xn，在表頭指針偏轉(zhuǎn)1,2，n所指度盤處各刻一刻線，并在刻線處依次標(biāo)出x1,x2,xn的值。典型實(shí)例普通萬用表上電流、電壓刻度普通萬用表上電阻刻度第三十六張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月硬件實(shí)現(xiàn)-模擬顯示非線性校正電路 若串接非線性校正電路的傳輸函數(shù)是被校正非線性環(huán)節(jié)傳輸函數(shù)的反函數(shù)，則刻度盤就可采用線性刻度。開方器實(shí)例差壓式流量計的指針偏角與流量Q成

11、非線性關(guān)系 第三十七張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月硬件實(shí)現(xiàn)-數(shù)字顯示線性通道從A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果Di得到被測量的數(shù)值Ni第三十八張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月硬件實(shí)現(xiàn)-數(shù)字顯示線性通道S傳感器靈敏度(即被測量轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換系數(shù))；EA/D轉(zhuǎn)換器滿量程輸入電壓；DFSA/D轉(zhuǎn)換器滿量程輸出數(shù)字。實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換的條件： 第三十九張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月硬件實(shí)現(xiàn)-數(shù)字顯示線性通道實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換的方法調(diào)整放大增益；調(diào)整傳感器靈敏度(例如調(diào)整應(yīng)變電橋的電源電壓)；調(diào)整A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓E。 第四十張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月為了采用硬件方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換

12、 應(yīng)將測量放大器增益調(diào)整為 第四十一張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月稱重傳感器的靈敏度為 MC14433的滿量程輸出數(shù)字滿量程輸入電壓E2=V，要求A/D轉(zhuǎn)換器直接輸出公斤數(shù)即 第四十二張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月硬件實(shí)現(xiàn)-數(shù)字顯示非線性通道在A/D轉(zhuǎn)換器之前串接 “模擬線性校正電路”該校正電路的輸入輸出特性曲線與非線性環(huán)節(jié)的輸入輸出特性曲線成反函數(shù)關(guān)系，就可使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果與被測量成線性關(guān)系。A/D轉(zhuǎn)換器之后增設(shè)EPROM線性化器 首先通過校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)獲得每個標(biāo)準(zhǔn)輸入產(chǎn)生的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，把標(biāo)準(zhǔn)輸入值Ni寫入以Di為地址的EPROM存貯單元中，這樣每當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個

13、數(shù)據(jù)Di時，就能以Di作為訪問地址從EPROM的該地址存貯單元中讀出與Di相對應(yīng)的Ni值。 第四十三張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月硬件實(shí)現(xiàn)效果分析用硬件實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)實(shí)時性強(qiáng)缺點(diǎn)增加硬件開銷結(jié)論：在一般的不要求進(jìn)行適時控制的檢測系統(tǒng)中，只要時間允許，應(yīng)盡可能采用軟件方法進(jìn)行標(biāo)度變換和非線性校正，這樣可大大節(jié)省硬件開銷，而且手段靈活，不同參量的標(biāo)度變換只需調(diào)用不同的變換軟件或參數(shù)即可。第四十四張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月軟件實(shí)現(xiàn)方法線性通道 線性通道的標(biāo)度變換 式中，NH，NL線性測量范圍的上、下限；DH，DLNH，NL對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；Di被測量Ni對

14、應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。第四十五張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月例442 某微機(jī)化溫度測量儀表的量程為100900，利用單片機(jī)803l和ADC0809進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。在某一時刻計算機(jī)采樣并經(jīng)過數(shù)字濾波后的數(shù)字量為CDH，求此時對應(yīng)的溫度值是多少?(設(shè)儀表的量程是線性的)第四十六張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月軟件實(shí)現(xiàn)-非線性通道實(shí)例差壓式流量測量通道 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果Di將與被測流量Qi的平方成正比 如果不增設(shè)開方器 第四十七張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.5 非線性校正算法非線性校正算法適用于A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果與被測量不存在明確或簡單的函數(shù)關(guān)系 本節(jié)約定：x表示由A/D

15、送入微機(jī)的原始測量數(shù)據(jù)y表示被測量的“真值”z表示經(jīng)過“校正”處理后，微機(jī)輸出給顯示器或控制器的數(shù)據(jù)本節(jié)討論在 y=f(x)公式復(fù)雜和y=f(x)只有離散數(shù)據(jù)兩種情況下，由A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果x求取顯示數(shù)據(jù)z(要求z=y或誤差在允許范圍之內(nèi)即zy)的方法第四十八張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月離散數(shù)據(jù)的獲得標(biāo)定實(shí)驗(yàn)在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，給測試系統(tǒng)的輸入端逐次加入一個個已知的標(biāo)準(zhǔn)的被測量y1,y2yn，并記下對應(yīng)的輸出讀數(shù)(A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果)x1,x2xn。這樣就獲得n對輸入/輸出數(shù)據(jù)(xi,yi)，(i=1,2n)這些“標(biāo)定”數(shù)據(jù)就是y=f(x)的離散方式描述。第四十九張，PPT共六十九頁，創(chuàng)

16、作于2022年6月4.5.1查表法通過熱電阻、熱電偶分度表，或通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，獲得n對“標(biāo)定”數(shù)據(jù)(xi,yi)，i=1,2n)。優(yōu)點(diǎn)不需要進(jìn)行計算；為標(biāo)定數(shù)據(jù)，不存在誤差。缺點(diǎn)需要在整個測量范圍內(nèi)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)測得很多的測試數(shù)據(jù)；占用較多內(nèi)存。如8位AD轉(zhuǎn)換，有256個數(shù)據(jù)需占用一頁內(nèi)存，12位AD轉(zhuǎn)換則需4K內(nèi)存。第五十張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.5.2插值法插值法從標(biāo)定或校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的n對測定數(shù)據(jù)(xi,yi)(i=1,2,n)中，求得一個函數(shù)作為實(shí)際的輸出讀數(shù)x與被測量真值y的函數(shù)關(guān)系的近似表達(dá)式。 第五十一張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月直線插值第五十二張，PPT共六

17、十九頁，創(chuàng)作于2022年6月拋物線插值第五十三張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4.3擬合法要求z=(x)逼近y=f(x)，即二者誤差最小或在允許范圍之內(nèi)。因此，曲線z=(x)被稱為擬合曲線。 最小二乘法第五十四張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.6數(shù)字濾波數(shù)字濾波通過一定的計算程序，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行某種處理，從而消除或減弱干擾噪聲的影響，提高測量的可靠性和精度。采用數(shù)字濾波克服干擾，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、節(jié)省硬件成本。2、可靠穩(wěn)定。3、功能強(qiáng)。4、方便靈活。5、不會丟失原始數(shù)據(jù)。第五十五張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一、限幅濾波基本方法：比較本次采樣值和上一次采

18、樣值，如果它們的差值未超過允許的最大偏差值，則認(rèn)為本次采樣值有效而保留。如果它們的差值超過允許的最大偏差值，則認(rèn)為本次采樣值無效而用上一次采樣值替代?？朔S機(jī)干擾第五十六張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一、限幅濾波最大允許偏差值的選擇 采樣周期 參數(shù)可能的最大變化速度 過程的動態(tài)特性決定其輸出參數(shù)的變化速度第五十七張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月中位值濾波 基本方法：對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣n次(一般n取奇數(shù))，然后把n次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值。中位值濾波的基本功能能有效地克服偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定引起的誤碼等脈沖干擾。對溫度、液位等緩慢變化的被測參

19、數(shù)采用此法能收到良好的濾波效果，但對于流量、壓力等快速變化的參數(shù)一般不宜采用中位值濾波。第五十八張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.6.2平均濾波一、算術(shù)平均濾波適用于對一般具有隨機(jī)干擾的信號進(jìn)行濾波。 第五十九張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.6.2平均濾波二、去極值平均濾波連續(xù)采樣N次，去掉一個最大值，去掉一個最小值，再求余下N-2個采樣值的平均值。這種方法既能抑制隨機(jī)干擾，又能抑制明顯的脈沖干擾。第六十張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.6.2平均濾波三、移動平均濾波(遞推平均濾波)移動平均濾波的方法每進(jìn)行一次采樣，就計算一次最近N個數(shù)據(jù)的平均值 大大加快

20、了數(shù)據(jù)處理的能力 取一丟一對周期性干擾有良好的抑制作用，對脈沖干擾抑制作用差第六十一張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.6.2平均濾波四、加權(quán)平均濾波在算術(shù)平均濾波法和遞推平均濾波法中，N次采樣值在輸出結(jié)果中的權(quán)重是均等的，即1/N，用這樣的濾波算法，對于時變信號會引入滯后，N越大，滯后越嚴(yán)重。為了增加新采樣的數(shù)據(jù)在遞推平均中的權(quán)重，以提高系統(tǒng)對當(dāng)前采樣值中所受干擾的靈敏度，可采用加權(quán)遞推平均濾波算法。不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)，通常越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。第六十二張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月提高系統(tǒng)對當(dāng)前采樣值的靈敏度 N項(xiàng)加權(quán)遞推平均濾波算法為Ci為常數(shù)，且滿足如下條件：第六十三張，PPT共六十九頁，創(chuàng)作于2022年6月加權(quán)平均濾波適用于有較大的純滯后時間常數(shù)的對象和采樣周期較短的系統(tǒng)。