CN102589407A - 交流激励多通道电感式微位移传感器信号抗干扰方法 - Google Patents

Abstract

交流激励多通道电感式微位移传感器信号抗干扰方法属于测量信号处理技术；为消除通道信号间的串扰，对于32通道传感器信号处理系统，每8个通道为一组，共分4组，设置多通道传感器激励信号频率f_ij满足下述关系|f_ij+1-f_ij|＝Δf_r，(i＝1，2，3；j＝1，2，…，7)(1)|f_i+1j-f_ij|＝Δf_l，(i＝1，2，3；j＝1，2，…，7)(2)式中：i为传感器分组序号；j为组内传感器序号；f_ij为第i组第j个传感器的激励信号频率；Δf_r为组内相邻传感器的激励信号频率差；Δf_l为相邻组之间传感器的激励信号频率差。通过各通道传感器激励信号频率的差异化措施，可彻底地消除通道间的串扰；本方法具有作业效果好、简单且易实现的特点。

Description

交流激励多通道电感式微位移传感器信号抗干扰方法

技术领域

本发明属于测量信号处理技术，主要涉及一种交流激励多通道电感式微位移传感器信号抗干扰方法。

背景技术

在电子设备、电子仪器和用电装置中，连接导线起着重要的传输作用，为整齐美观、便于固定，利于维修检查，总是把内部连接导线捆扎成束，但这样做却使导线之间存在不同程度的耦合干扰，即串扰。串扰是指由于较近的线间的电磁相互作用，造成一条线中的信号耦合至另一条线中而对其产生干扰。串扰严重的会使设备遭受干扰而导致性能下降或功能不正常。

印制电路板传输线、平行传输线抗干扰常采用控制线宽、线间距、加屏蔽等措施，很大程度上抑制了通道间串扰。由于线间分布电容、分布电感始终存在，耦合不可避免，尤其是对于性质相同的交流激励多通道电感式微位移传感器信号，当通过平行传输线传输信号时，串扰的存在对测量结果造成了严重的影响。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，提供一种交流激励多通道电感式微位移传感器信号抗干扰方法，该方法基于平行传输线理论，建立了通道间串扰模型，对于相敏检波的电感传感器信号处理系统，通过各通道传感器激励信号频率的差异化的措施，以达到彻底消除通道间的串扰。

本发明的目的是这样实现的：

一种交流激励多通道电感式微位移传感器信号抗干扰方法，对于32通道传感器信号处理系统，每8个通道为一组，共分4组，设置多通道传感器激励信号频率f_ij满足下述关系

|f_ij+1-f_ij|＝Δf_r，(i＝1，2，3；j＝1，2，…，7)(1)

|f_i+1j-f_ij|＝Δf_l，(i＝1，2，3；j＝1，2，…，7)(2)

式中：i——传感器分组序号；

j——组内传感器序号；

f_ij——第i组第j个传感器的激励信号频率；

Δf_r——组内相邻传感器的激励信号频率差；

Δf_l——相邻组之间传感器的激励信号频率差。

本发明的优点在于：对于交流激励多通道电感式微位移平行传输信号，通过传感器激励信号频率的差异化，可彻底消除通道间的串扰，方法简单且易实现。

具体实施方式

下面对本发明实施方案进行详细描述。

对于几何量多点测量，需要使用多个传感器。单个传感器需要配用相应的传感器信号处理电路，几何量多点测量系统沿用了这种思路，构成多传感器多通道信号系统。

对于交流激励并行传输的多通道传感器系统，由于电磁耦合的存在，通道之间不可避免存在相互干扰，通常称为串扰现象，串扰极大地影响了测量系统的性能。设传感器i测量的位移信号为x_i(t)，传感器i的激励信号为cosωt，传感器i的输出为y_i(t)，经传感器及信号处理电路后输出为z_i(t)，基于平行传输线理论^[93-96]，则通道之间串扰的模型可描述如下：

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式中——a_ij(i，j＝1，2，…，n，且i≠j)，为传感器信号之间的干扰系数。

可见，输出信号y_n中存在不希望看到的通道信号之间的相互串扰现象。实验研究表明这个数学模型很好地描述了多通道传感器信号间的这种干扰关系。要彻底消除这种干扰，一个途径是要从根本上消灭这些干扰系数，这些干扰系数的大小是不确定的，然而由于这种干扰是通过电磁耦合传播的，是很难克服的，进口设备中也存在这种现象。下面在分析相敏检波原理的基础上，来寻找消除通道间串扰影响的有效途径。

基于相敏检波原理，对于y_i(t)，检波输出z_i′(t)为

上式花括号中的部分，第一部分为直流部分，第二部分为交流部分，通过低通滤波器滤除高频部分，则可获得传感器的位移信号z_i(t)，但是却无法滤除串扰引入的干扰信号。设想使用不同频率的交流激励，则串扰模型可描述如下，

y₁(t)＝a₁x₁(t)cos(ω₁t)+a₂₁x₂(t)cos(ω₂t)+…+a_n1x_n(t)cos(ω_nt)

y₂(t)＝a₂x₂(t)cos(ω₂t)+a₁₂x₁(t)cos(ω₁t)+…+a_n2x_n(t)cos(ω_nt)

.

.

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y_n(t)＝a_nx_n(t)cos(ω_nt)+a_1nx₁(t)cos(ω₁t)+a_2nx₂(t)cos(ω₂t)+…

基于相敏检波原理，对于y_i(t)，检波后输出z_i′(t)为

${z_i}^{\′}\left(t\right)=y_i\left(t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)$

$=[a_i{x}_i\left(t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)+a_{1i}{x}_1\left(t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)+a_{2i}{x}_2\left(t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{2}t\right)+...]\cos \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)$

$=a_i{x}_i\left(t\right){\cos }^2\left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)+$

$a_{1i}{x}_1\left(t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)+a_{2i}{x}_2\left(t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{2}t\right)\cos \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)+...$

$=a_i{x}_i\left(t\right)\frac{1+\cos \left(2{\mathrm{\ω}}_{i}t\right)}{2}+a_{1i}{x}_1\left(t\right)\frac{\cos \left[({\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_i)t\right]+\cos \left[({\mathrm{\ω}}_1-{\mathrm{\ω}}_i)t\right]}{2}+$

$a_{2i}{x}_2\left(t\right)\frac{\cos \left[({\mathrm{\ω}}_2+{\mathrm{\ω}}_i)t\right]+\cos \left[({\mathrm{\ω}}_2-{\mathrm{\ω}}_i)t\right]}{2}+...$

$=\frac{1}{2}{a}_i{x}_i\left(t\right)+\{\frac{\cos \left(2{\mathrm{\ω}}_{i}t\right)}{2}{a}_i{x}_i\left(t\right)+a_{1i}{x}_1\left(t\right)\frac{\cos \left[({\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_i)t\right]+\cos \left[({\mathrm{\ω}}_1-{\mathrm{\ω}}_i)t\right]}{2}+$

$a_{2i}{x}_2\left(t\right)\frac{\cos \left[({\mathrm{\ω}}_2+{\mathrm{\ω}}_i)t\right]+\cos \left[({\mathrm{\ω}}_2-{\mathrm{\ω}}_i)t\right]}{2}+...\}$

上式花括号中的部分为交流部分，通过低通滤波器滤除高频部分，则可获得传感器的位移信号x_i(t)，同时串扰引入的干扰信号也被滤除。因此，对于原有多传感器多通道信号系统，每个通道都采用不同的频率，则可消除通道之间的相互干扰。据此，对于32通道传感器信号处理系统，每8个通道为一组，共分4组，设置多通道传感器激励信号频率f_ij满足下述关系

|f_ij+1-f_ij|＝Δf_r，(i＝1，2，3；j＝1，2，…，7)(1)

|f_i+1j-f_ij|＝Δf_l，(i＝1，2，3；j＝1，2，…，7)(2)

式中：i——传感器分组序号；

j——组内传感器序号；

f_ij——第i组第j个传感器的激励信号频率；

Δf_r——组内相邻传感器的激励信号频率差；

Δf_l——相邻组之间传感器的激励信号频率差。

根据式(1)、式(2)设置传感器激励信号频率f_ij，生成的频率表见表1。

表1交流激励多通道传感器信号抗干扰频率表(KHz)

Claims (1)

1.一种交流激励多通道电感式微位移传感器信号抗干扰方法，其特征在于：对于32通道传感器信号处理系统，每8个通道为一组，共分4组，设置多通道传感器激励信号频率f_ij满足下述关系

|f_ij+1-f_ij|＝Δf_r，(i＝1，2，3；j＝1，2，…，7)(1)

|f_i+1j-f_ij|＝Δf_l，(i＝1，2，3；j＝1，2，…，7)(2)

式中：i——传感器分组序号；

j——组内传感器序号；

f_ij——第i组第j个传感器的激励信号频率；

Δf_r——组内相邻传感器的激励信号频率差；

Δf_l——相邻组之间传感器的激励信号频率差。