數字濾波技術在精密測量儀表中的應用研究

摘要：數字濾波技術是信號處理中一種重要的去噪消除干擾方法。通過分析，在介紹嵌入式計算機和24位A／D數據采集系統在微弱信號測量儀表中應用的基礎上，給出了數字濾波的一般方法和步驟，研究了平均值濾波、零點偏移濾波和輸入短路本機噪聲濾波3種數字濾波方法，實驗結果表明數字濾波技術在精密測量儀表中能提高儀表的測量精度，具有良好的實用性。
關鍵詞：數字濾波；測量；儀表；應用研究

0 引言
嵌入式計算機在測量儀表中的廣泛應用，為精密測量儀表中實現數字濾波創造了良好條件，特別是在微弱信號測量儀表中，數字濾波的作用更加突出，不僅對抑制噪聲、消除干擾能夠起到輔助作用，而且對提高儀表的測量精度、減小測量誤差具有重要作用。以下通過實驗方法，對ZJL801納伏電壓標準裝置研制中所采用的數字濾波方法進行實驗研究與分析。
ZJL801納伏電壓標準裝置是自行研制的一臺低頻超小電壓標準裝置，具有超強的噪聲抑制能力和抗干擾能力，其自動控制、數據采集與處理部分由嵌入式PCI04／586計算機、邏輯控制電路板、24位A／D數據采集卡、液晶顯示屏和面板控制鍵盤組成。
小電壓及超小電壓測量需要解決的難點和關鍵問題是消除噪聲和干擾對測量結果的影響。交流小電壓或超小電壓經過前端放大、帶通濾波、相關處理、低通濾波，轉換為直流中電壓，經計算機數據采集與處理后在液晶屏顯示輸出。信號相關處理是消除噪聲和干擾的關建環節，但在數據采集與處理過程中采用數字濾波技術不僅能夠起到降低噪聲和干擾的輔助作用，而且還能減小測量誤差，提高測量精度。納伏電壓標準裝置在測量數據的自動采集與處理中采用了多種數字濾波方法，這里對其中的平均值濾波法、零點偏移濾波法和輸入短路本機噪聲濾波法進行了實驗分析。

1 數字濾波方法與步驟
1．1 數學模型的建立
針對影響測量結果的某一因素建立數學模型。例如：因設計造成的放大倍數或衰減比例偏差而產生的系統誤差可通過測量結果乘以相應的修正因子或除以相應的系數進行修正。如果要濾去因外界干擾造成的測量結果異常值或隨機誤差偏大的測量值，即剔除粗大誤差，可建立
以下數學模型：

式中：i=3，4，…，20，yi為依次采集的被測量的電壓值。
1．2 經驗值的選定
在所建立的數學模型中，代表某一特定規律的常數(如零點偏差、儀器輸入短路本機噪聲等)可通過實驗測得經驗值。
1．3 計算機數據處理
計算機所采集的原始數據一般都帶有一定的誤差。數據處理就是通過多次重復采集平均降低噪聲的影響，減小隨機誤差，通過誤差修正減小系統誤差，或根據粗大誤差的判別準則剔除非正常值，從而提高測量精度。