第12章采样数据的预处理

1、数据采集与处理技术第12章 采样数据的预处理第12章 采样数据的预处理n采样数据的标度变换n采样数据的数字滤波n剔除采样数据中的奇异项n去除或提取采样数据的趋势项n采样数据的平滑处理12.1 采样数据的标度变换n各种物理量有不同的单位和数值。把A/D转换的数字量变换为带有工程单位的数字量，这种变换称为标度变换n标度变换有多种形式，它取决于被测物理量所用的传感器或变送器的类型n标度变换使得A/D转换的数字量结果回归具有被测量物理意义和适当工程单位的数值表达，变换过程体现被测量与A/D转换的数字量之间的映射关系采样数据标度变换的方法n线性参数的标度变换n非线性参数的标度变换n公式变换法n多项式变换

2、法n表格法12.1.1 线性参数的标度变换n当被测物理量与传感器或仪表的输出之间呈线性关系时，采用线性变换。n工程上常采用简化的形式进行线性变换转换后的数字量。所对应的转换后的数字量；对应的转换后的数字量；对应的标度变换后的数值；被测量量程的上限；被测量量程的下限；式中：DAYXDAYNDAYNYYYNXNNYYYYmmmmm/)(0000000baXY12.1.2 非线性参数的标度变换n公式变换法n当传感器或变送器的输出信号与被测信号之间的关系可以用解析式表达的话，则可以通过解析式来推导出所需要的参量，这样一类参量称为导出参量n公式变换法常用于被测信号与A/D转换数字量之间有明晰的公式表达的

3、状况，各转换环节之间有明确的解析表达关系，公式推导及表达有明确的物理意义12.1.2 非线性参数的标度变换n多项式变换法n传感器或变送器的输出信号与被测参数之间的关系无法用解析式表达，但他们之间有确定的映射关系的时候，可以采用多项式变换法进行标度变换n多项式变换法的依据在于对于任意物理可实现的输入输出关系，都可以选择足够多项的多项式进行描述n多项式变换法的实质在于用足够多项数的多项式可以以足够的精度逼近某个确定的映射关系多项式变换法n多项式变换法的公式表达为n多项式变换法的关键在于要找出一个能够较准确地反映传感器输出信号与被测量之间关系的多项式n选择多项式合适的项数n确定各项系数n一般来说多项

4、式各项系数的确定是通过对足够多相异的确定输入量和相应的输出量之间的关系来进行确定的，常见的方法有最小二乘法、代数插值法等0111axaxaxaYnnnn12.1.2 非线性参数的标度变换n表格法n在已知的被测量与传感器输出的关系曲线上选取若干个样点并以表格形式存储在计算机中，即把关系曲线分成若干段。对每一个需要做标度变换的数据分别查表一次，找出数据所在的区间，然后用该区间的线性插值公式来完成标度变换n这种方法实质上是一种分段线性逼近的方法iiiiiiiixxyykxxkyy11)(其中12.2 采样数据的数字滤波n数字滤波就是通过特定的计算程序处理，减少干扰信号在有用信号中的比重n数字滤波用程

5、序实现，不需增加硬件设备，可以重用n可靠性高，稳定性好，各回路之间不存在阻抗匹配的问题n数字滤波可以对频率很低的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷，而且通过改写数字滤波程序，可以实现不同的滤波方法或改变滤波参数，更加灵活方便12.2.1 中值滤波法n所谓中值滤波，就是对某一个被测量连续采样n次（一般n取奇数），然后把n个采样值从小到大（或从大到小）排队，再取中值作为本次采样值n中值滤波法，对于去掉脉动性质的干扰比较有效，但是对快速变化过程的参数则不宜采用12.2.2 算术平均值法n算术平均值法适用于对压力、流量一类信号作平滑处理，这类信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近作上下波动

6、n算术平均值法是寻找一个 作为本次采样的平均值，使该值与本次各采样值间误差的平方和最小，即Y采样次数。次采样值；第；次采样值的算术平均值式中：NiXNYXNYXYeEiNiiiNii12121)(minmin12.2.3 加权平均滤波法n加权平均滤波法常采用下式求平均值n加权递推平均法适用于系统纯滞后时间常数较大、采样周期较短的过程，它对以不同采样时间得到的采样值分别给予不同的权系数，以便能够迅速反应系统当前所受干扰的严重程度10), 1 , 0(0100NiiNiNiiiaaaaNiaxaY均为常数，且满足式中，12.2.4 一阶滞后滤波法（惯性滤波法）n惯性滤波法是一种以数字形式实现低通滤

7、波的动态滤波方法，尤其适用于滤波常数要求大的场合n惯性滤波法适用于波动频繁的被测量的滤波，它能很好地消除周期性干扰，但也带来了相位滞后采样周期。滤波环节的时间常数；滤波平滑系数值；次采样后滤波结果输出第上次滤波结果输出值；次采样值；第式中：ssnnnnnnTTnYYnXYXY,)1 (1112.3 剔除采样数据中的奇异项n采样数据中的奇异项是指采样数据序列中有明显错误的个别数据。这些奇异项的存在会使数据处理后的误差大大增加n在采样数据序列中确定奇异项要根据具体的被测物理过程和数据采集系统的精度而定n一般可选用一阶差分法、多项式逼近法和最小二乘法来剔除采样数据中的奇异项12.4 去除或提取采样数据的趋势项n待处理的采样数据中，一般包含两种分量n周期大于数据采样周期的频率成分，称为趋势项n周期小于数据采样周期的频率成分，称为交变分量n去除或提取趋势项的方法有两种n平均斜率法n最小二乘法12.5 采样数据的平滑处理n数据采集系统采集到的数据通常叠加有噪声n周期性噪声，如工频干扰n不规则噪声，如随机噪声n由于噪声中的高频成分比较丰富，会导致根据采样数据绘制的曲线很不光滑，常需对数据进行平滑处理n数据平滑处理的原则是