数字信号处理

1、二一六年十二月八日二一六年十二月八日谷物联合收割机测产系统的流谷物联合收割机测产系统的流量传感器及其信号处理量传感器及其信号处理报告报告人：人：一、双板差分式冲量传感器一、双板差分式冲量传感器二、信号处理二、信号处理三、总产量计算三、总产量计算四、总结四、总结一、双板差分式冲量传感器一、双板差分式冲量传感器谷物流量传感器是测产系统的关键部件。本文所采用的传感器是一种基于双弧板对称结构和机械减振装置的双板差分式冲量传感器。如图所示，该型流量传感器主要是由谷物冲击板（前板），检振板（后板）、弹性梁、应变电桥、减振器、固定支架等8个部分构成。谷物冲击板用于检测谷物质量流量信号，检振板用于检测振动噪声

2、信号。一、双板差分式冲量传感器一、双板差分式冲量传感器静态性能试验 一、双板差分式冲量传感器一、双板差分式冲量传感器田间振动试验及振动信号使收割机空转，在田间振动的条件下，测试流量传感器前板和后板的振动信号变化情况如下图所示。传感器采用 2 个结构性能一致的单板冲击式流量传感器构成双板差分式谷物流量传感器，它利用前板接收谷物冲击和噪声双重信号，后板只接收噪声信号、没有谷物冲击信号的特点，对前后板信号进行差分，获得除去噪声后的更加精确的谷物产量信息。二、信号处理二、信号处理根据前后板振动信号的对比，可以明显的发现前后板输出信号存在差异，分析原因，主要是由于传感器的前后板安装位置与传感器支架固定端

3、距离不同，收割机的机械振动对其敏感梁产生的作用力不同引起的。因此，利用直接差分进行 消噪，效果不够理想。为此，提出了一种回归差分方法，将后板振动信号通过回归来近似得到前板的振动信号,然后再进行差分处理。二、信号处理二、信号处理将后板振动信号设为X轴，前板振动信号设为Y轴，通过最小二乘法计算出前后板噪声的回归方程：Y为前板振动信号，x为后板振动信号，回归曲线如图所示。确定系数为0.8555，说明前后板有较好的的相关性。二、信号处理二、信号处理直接差分处理时，噪声信号电压均值为 0.3666 V，振动噪声得到了降低，但效果不佳；利用回归差分方法，处理后的噪声信号均值为 0.1672 V，这表明，回

4、归差分法的去噪效果优于直接差分法。直接差分与回归差分效果对比二、信号处理二、信号处理通过在田间收获实验测得的流量传感器信号2种差分方法的比较，根据下图可以计算出直接差分流量信号之和为46.701 V，回归差分后的信号之和为 30.558 V，总体数值减小，说明回归差分方式更为有效的削弱了噪声信号。但是通过观察可以发现差分处理后得到的产量电压信号中仍包含奇异值。测产试验二、信号处理二、信号处理阈值滤波右图为刮板式升运器和双板差分式冲量传感器的工作原理图。由于传感器的冲击板上存在着谷物冲击间隔，而且数据的采样频率与谷物冲击频率也不相等，因此，采样时刻与谷物冲击时刻很难完全一致，造成奇异数据点。为确

5、保产量预测的准确性，因此采用了时域双阈值滤波插值算法对差分预处理后的冲击电压信号再进行处理。设实际产量对应的电压信号上限值为 uT1，下限值为 uT2，阈值滤波时对于超阈值范围的数据进行插值取代。根据取值方式不同，分为阈值取代法、前值取代法 2 种。这里采用前值取代法，因为其可以保留较为真实的产量数据信息。二、信号处理二、信号处理阈值滤波-前值取代法当采样值大于最大阈值 uT1 或者小于最小阈值 uT2时，令采样值等于前一个采样值; 否则保持不变。若阈值设置不恰当， 特别是当阈值下限设置过大或者谷物 流 量 较 小 时， 阈 值 法 会 使 产 量 预 测 精 度 降低。根据实际产量对应的电压

6、信号数值范围， 此处取最大阈值 uT1 = 1. 2 V，最小阈值 uT2 = 0 V。三、总产量计算三、总产量计算通过对流量传感器信号电压积分可以计算出谷物总产量。实际工作时，一般将积分运算转化计算累加和的方式来实现。系统对流量传感器信号进行采样，频率为1HZ。这篇文章采用了两种差分方法对总产量进行标定和验证。三、总产量计算三、总产量计算 直接差分法三、总产量计算三、总产量计算利用回归差分法进行总产量标定时，采用同样的标定方法，得到总产量的标定方程为：测产试验中，回归差分法的最大正误差 8.03%，最大负误差1.43%，平均误差为3.27%。通过对比直接差分和回归差分法可以很清晰的看出回归差分法可以明显提高测产精度。回归差分法四、总结四