CN104076187B - 压电信号峰值检测方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压电信号峰值检测方法，包括：每隔第一预设采样周期发送采样信号；计算采样信号对应的压电驻极体薄膜压电传感器中被采样信号幅度并判断被采样信号幅度是否大于第一预设值，若是，则每隔第二预设采样周期发送采样信号；计算相邻采样时刻的两个采样信号对应的两个压电信号幅度并判断两个压电信号幅度之间的差值是否小于预设差值，若是，则按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据预设的时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值并输出。还提供一种压电信号峰值检测方法的装置。避免了对当前压电信号的峰值的错误判断，对峰值的测量造成较大误差，实现了简单且较准确的峰值检测。

Description

压电信号峰值检测方法及其装置
技术领域
本发明涉及压电信号检测领域，特别是涉及一种压电信号峰值检测方法及其装置。
背景技术
某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。电介质压电效应包括了正压电效应和逆压电效应，依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。
而压电信号是由电介质压电效应产生的电荷信号，通常由压电传感器将压力转换成电压或电流信号形式的压电信号。目前压电传感器的种类非常多，其中有一种压电驻极体薄膜材料制备而成的压电传感器，传统上对其转换输出的压电信号的峰值检测过程复杂，而且容易错检，以至于对该压电信号的后续处理和应用带来较大误差。
发明内容
基于此，有必要提供一种简单、较准确的压电信号峰值检测方法及其装置。
一种压电信号峰值检测方法，包括如下步骤：
每隔第一预设采样周期发送采样信号；
计算所述采样信号对应的压电驻极体薄膜压电传感器中被采样信号幅度并判断所述被采样信号幅度是否大于第一预设值，若否，则返回所述每隔第一预设采样周期发送采样信号的步骤，若是，则
每隔第二预设采样周期发送采样信号；
计算相邻采样时刻的两个采样信号对应的两个压电信号幅度并判断所述两个压电信号幅度之间的差值是否小于预设差值，若否，则返回所述每隔第二预设周期发送采样信号的步骤，若是，则
按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据所述预设的时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值，并输出。
其中一个实施例中，所述按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据所述时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值，并输出的步骤具体包括：
在预设的时间范围内每隔第三预设采样周期发送采样信号；
根据递归算法计算所述时间范围内的所有采样信号对应的压电信号幅度中的最大值，将所述最大值作为当前压电信号的峰值，并输出。
其中一个实施例中，所述按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据所述时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值，并输出的步骤具体包括：
在预设的时间范围内每隔第三预设采样周期发送采样信号；
根据分治算法计算所述时间范围内的所有采样信号对应的压电信号幅度中的最大值，将所述最大值作为当前压电信号的峰值，并输出。
其中一个实施例中，其特征在于，所述按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据所述预设的时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值，并输出的步骤之后还包括：
每隔第四预设采样周期发送采样信号；
判断所述采样信号对应的被采样信号幅度是否小于第二预设值，若否，则返回所述每隔第四预设采样周期发送采样信号的步骤，若是，则返回所述每隔第一预设采样周期发送采样信号的步骤。
一种压电信号峰值检测方法的装置，包括：
第一信号采样单元，用于每隔第一预设采样周期发送采样信号；
幅度判断单元，用于计算所述采样信号对应的压电驻极体薄膜压电传感器中被采样信号幅度并判断所述被采样信号幅度是否大于第一预设值，若否，则通知所述第一信号采样单元，若是，则通知第二信号采样单元；
所述第二信号采样单元，用于每隔第二预设采样周期发送采样信号；
差值判断单元，用于计算相邻采样时刻的两个采样信号对应的两个压电信号幅度并判断所述两个压电信号幅度之间的差值是否小于预设差值，若否，则通知所述第二信号采样单元，若是，则通知计算单元；
所述计算单元，用于按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据所述预设的时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值，并输出。
其中一个实施例中，所述计算单元具体用于根据在预设的时间范围内每隔第三预设采样周期发送采样信号，根据递归算法计算所述时间范围内的所有采样信号对应的压电信号幅度中的最大值，将所述最大值作为当前压电信号的峰值，并输出。
其中一个实施例中，所述计算单元具体用于在预设的时间范围内每隔第三预设采样周期发送采样信号，根据分治算法计算所述时间范围内的所有采样信号对应的压电信号幅度中的最大值，将所述最大值作为当前压电信号的峰值，并输出。
其中一个实施例中，还包括：
第四信号采样单元，用于每隔第四预设采样周期发送采样信号；
结束检测单元，用于通知第四信号采样单元，并判断该所述第四信号采样单元发送的采样信号对应的被采样信号幅度是否小于第二预设值，若否，则通知所述第四信号采样单元，若是，则通知所述第一信号采样单元。
其中一个实施例中，所述计算单元包括：
第三信号采样单元，用于在所述预设的时间范围内每隔所述第三预设采样周期发送采样信号；
峰值计算单元，用于根据所述预设的时间范围中的采样信号计算压电信号的峰值，并输出。
上述压电信号峰值检测方法和装置通过预设差值判断以及根据压电信号各个时间段的特点选择合适大小的预设采样周期，避免了对当前压电信号的峰值的错误判断，对峰值的测量造成较大误差，实现了简单且较准确的峰值检测。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的压电信号峰值检测方法的步骤流程图；
图2为图1中所示被采样信号的波形示意图；
图3为本发明另一较佳实施例的压电信号峰值检测方法的步骤流程图；
图4为本发明一较佳实施例的压电信号峰值检测方法的装置功能结构图；
图5为本发明另一较佳实施例的压电信号峰值检测方法的装置功能结构图。
具体实施方式
如图1所示，其为本发明一较佳实施例的压电信号峰值检测方法的步骤流程图，包括如下步骤：
S101，每隔第一预设采样周期发送采样信号；
S102，计算采样信号对应的压电驻极体薄膜压电传感器中被采样信号幅度；
S103，判断被采样信号幅度是否大于第一预设值，若否，则返回步骤S101，若是，则进入步骤S104。
S104，每隔第二预设采样周期发送采样信号；
S105，计算相邻采样时刻的两个采样信号对应的两个压电信号幅度；
S106，判断两个压电信号幅度之间的差值是否小于预设差值，若否，则返回步骤S104，若是，则进入步骤S107。
S107，按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号；
S108，根据预设的时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值，并输出。
请参阅图2，其为图1中所示被采样信号的波形示意图，包括：两个压电驻极体薄膜压电传感器受外部压力施加时输出的压电信号w1，以及压电驻极体薄膜压电传感器不受外部压力施加时输出的噪声信号n1和n2。被采样信号包括压电信号和噪声信号，峰值pv为压电信号w1的理论最大幅度。
根据具有时间连续性的t1时刻之前的噪声信号n1、t1时刻至t3时刻之间的压电信号w1以及t3时刻之后的噪声信号n2对本实施例之压电信号峰值检测方法的原理进行说明，如下：
初始状态下，压电驻极体薄膜压电传感器输出噪声信号n1，采样信号需要以每隔第一预设周期对噪声信号n1进行采样，将计算得到的噪声信号n1的幅度与第一预设值进行比较，判断噪声信号n1的幅度是否大于第一预设值，若不大于，认为压电驻极体薄膜压电传感器输出的还是噪声信号n1，则继续以每隔第一预设采样周期发送采样信号，若大于，认为压电驻极体薄膜压电传感器输出的是压电信号，则转而以相比第一预设采样周期较短的第二预设采样周期发送采样信号对压电信号进行采样。
基于每隔第二预设采样周期的采样信号进行采样，计算相邻采样时刻的两个采样信号对应的两个压电信号幅度，由于在压电信号w1产生的t1时刻至压电信号w1中波峰产生的t2时刻之间的Ta时间段内，压电信号幅度整体上处于增大趋势，且压电信号w1的曲率随着靠近t2时刻而变得越小，即压电信号幅度增大的速率越小，所以通过计算后一采样时刻对应的压电信号幅度减去前一采样时刻对应的压电信号幅度得到差值，并判断该差值是否小于预设差值，若不小于，认为此时还未接近波峰产生的t2时刻，则继续以每隔第二预设采样周期发送采样信号进行采样，防止错误的认为此时已达到波峰产生的t2时刻，造成对峰值pv的测量误差较大。
若小于，认为此时已靠近t2时刻，为了更精确的计算出与峰值pv比较接近的压电信号w1最大幅度，则根据压电信号的脉宽，适应性的减小采样信号的采样周期，采用在预设的时间范围内每隔第三预设采样周期发送采样信号。比如，以更高频率在该时间范围内采样多个压电信号幅度，根据递归算法或分治算法计算出多个压电信号幅度中的最大值，将该最大值作为当前压电信号w1的峰值，检测过程简单且误差较小。
计算出多个压电信号幅度中的最大值的算法不限于递归算法和分治算法，也可以为最大值查找算法，即依次将多个压电幅度中相邻两个压电幅度进行大小比较得到该两个压电幅度中的第一轮最大值，然后将该第一轮最大值与下一个压电幅度进行大小比较得到第二轮最大值，以此类推，直到将所有的压电幅度进行了大小比较，从而计算出多个压电信号幅度中的最大值。
如图3所示，其为发明另一较佳实施例的压电信号峰值检测方法的步骤流程图，与图1相比还包括：
S109，每隔第四预设采样周期发送采样信号；
S110，判断采样信号对应的被采样信号幅度是否小于第二预设值，若否，则返回步骤S109，若是，则返回步骤S101。
再次参阅图2，由于在压电信号w1中波峰产生的t2时刻至压电信号w1结束的t3时刻之间的Tb时间段内，压电信号幅度整体上处于减小趋势，以较大的第四预设采样周期发送采样信号，判断采样信号对应的被采样信号幅度是否小于第二预设值，若否，认为压电信号w1还未结束，则继续以每隔第四预设采样周期发送采样信号，若是，认为压电信号w1结束，则以每隔第一预设采样周期发送采样信号。
如图4所示，其为本发明一较佳实施例的压电信号峰值检测方法的装置20功能结构图，包括：
第一信号采样单元210，用于每隔第一预设采样周期发送采样信号；
幅度判断单元220，用于计算采样信号对应的压电驻极体薄膜压电传感器中被采样信号幅度并判断被采样信号幅度是否大于第一预设值，若否，则通知第一信号采样单元210，若是，则通知第二信号采样单元230；
第二信号采样单元230，用于每隔第二预设采样周期发送采样信号；
差值判断单元240，用于计算相邻采样时刻的两个采样信号对应的两个压电信号幅度并判断两个压电信号幅度之间的差值是否小于预设差值，若否，则通知第二信号采样单元230，若是，则通知计算单元250；
计算单元250，用于按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据预设的时间范围中的采样信号计算压电信号的峰值，并输出。
其它实施例中，计算单元250包括：
第三信号采样单元251，用于在预设的时间范围内每隔第三预设采样周期发送采样信号；
峰值计算单元252，用于根据预设的时间范围中的采样信号计算压电信号的峰值，并输出。
如图5所示，其为本发明另一较佳实施例的压电信号峰值检测方法的装置30功能结构图，包括：压电信号峰值检测方法的装置20和
第四信号采样单元310，用于每隔第四预设采样周期发送采样信号；
结束检测单元320，用于通知第四信号采样单元310，并判断该第四信号采样单元310发送的采样信号对应的被采样信号幅度是否小于第二预设值，若否，则通知第四信号采样单元310，若是，则通知第一信号采样单元210。
由于压电驻极体薄膜压电传感器中的压电驻极体薄膜材料柔软轻薄，非常适合作为鞋垫的压力传感器，可以在鞋垫内放置多个压电驻极体薄膜压电传感器，以增加对足部多个施力点的检测灵敏度，因此，在其它实施例的压电信号峰值检测方法的装置中，还包括多通道轮询单元，该多通道轮询单元用于采用轮询方法逐一选择多个压电驻极体薄膜压电传感器一一对应输出的多个被采样信号，并通知第一信号采样单元210，从而实现了通过轮询方法采集多个压电驻极体薄膜压电传感器中压电信号峰值，进而将压电信号峰值进行数据封装后经由无线通信模块输出无线信号数据，可使用便携电子设备，如手机、平板等，接收该无线信号数据，实时测量人们行走或跑步时的频率和强度。其中无线通信模块与计算单元250电连接。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种压电信号峰值检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
每隔第一预设采样周期发送采样信号；
计算所述采样信号对应的压电驻极体薄膜压电传感器中被采样信号幅度并判断所述被采样信号幅度是否大于第一预设值，若否，则返回所述每隔第一预设采样周期发送采样信号的步骤，若是，则
每隔第二预设采样周期发送采样信号；
计算相邻采样时刻的两个采样信号对应的两个压电信号幅度并判断所述两个压电信号幅度之间的差值是否小于预设差值，若否，则返回所述每隔第二预设周期发送采样信号的步骤，若是，则
按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据所述预设的时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值，并输出。
2.根据权利要求1所述的压电信号峰值检测方法，其特征在于，所述按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据所述时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值，并输出的步骤具体包括：
在预设的时间范围内每隔第三预设采样周期发送采样信号；
根据递归算法计算所述时间范围内的所有采样信号对应的压电信号幅度中的最大值，将所述最大值作为当前压电信号的峰值，并输出。
3.根据权利要求1所述的压电信号峰值检测方法，其特征在于，所述按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据所述时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值，并输出的步骤具体包括：
在预设的时间范围内每隔第三预设采样周期发送采样信号；
根据分治算法计算所述时间范围内的所有采样信号对应的压电信号幅度中的最大值，将所述最大值作为当前压电信号的峰值，并输出。
4.根据权利要求1或2或3所述的压电信号峰值检测方法，其特征在于，所述按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据所述预设的时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值，并输出的步骤之后还包括：
每隔第四预设采样周期发送采样信号；
判断所述采样信号对应的被采样信号幅度是否小于第二预设值，若否，则返回所述每隔第四预设采样周期发送采样信号的步骤，若是，则返回所述每隔第一预设采样周期发送采样信号的步骤。
5.一种压电信号峰值检测方法的装置，其特征在于，包括：
第一信号采样单元，用于每隔第一预设采样周期发送采样信号；
幅度判断单元，用于计算所述采样信号对应的压电驻极体薄膜压电传感器中被采样信号幅度并判断所述被采样信号幅度是否大于第一预设值，若否，则通知所述第一信号采样单元，若是，则通知第二信号采样单元；
所述第二信号采样单元，用于每隔第二预设采样周期发送采样信号；
差值判断单元，用于计算相邻采样时刻的两个采样信号对应的两个压电信号幅度并判断所述两个压电信号幅度之间的差值是否小于预设差值，若否，则通知所述第二信号采样单元，若是，则通知计算单元；
所述计算单元，用于按照预设的时间范围和第三预设采样周期发送采样信号，根据所述预设的时间范围中的采样信号计算当前压电信号的峰值，并输出。
6.根据权利要求5所述的压电信号峰值检测方法的装置，其特征在于，所述计算单元具体用于根据在预设的时间范围内每隔第三预设采样周期发送采样信号，根据递归算法计算所述时间范围内的所有采样信号对应的压电信号幅度中的最大值，将所述最大值作为当前压电信号的峰值，并输出。
7.根据权利要求5所述的压电信号峰值检测方法的装置，其特征在于，所述计算单元具体用于在预设的时间范围内每隔第三预设采样周期发送采样信号，根据分治算法计算所述时间范围内的所有采样信号对应的压电信号幅度中的最大值，将所述最大值作为当前压电信号的峰值，并输出。
8.根据权利要求5所述的压电信号峰值检测方法的装置，其特征在于，还包括：
第四信号采样单元，用于每隔第四预设采样周期发送采样信号；
结束检测单元，用于通知第四信号采样单元，并判断该所述第四信号采样单元发送的采样信号对应的被采样信号幅度是否小于第二预设值，若否，则通知所述第四信号采样单元，若是，则通知所述第一信号采样单元。
9.根据权利要求5所述的压电信号峰值检测方法的装置，其特征在于，所述计算单元包括：
第三信号采样单元，用于在所述预设的时间范围内每隔所述第三预设采样周期发送采样信号；
峰值计算单元，用于根据所述预设的时间范围中的采样信号计算压电信号的峰值，并输出。
10.根据权利要求5所述的压电信号峰值检测方法的装置，其特征在于，还包括：
多通道轮询单元，用于当所述压电驻极体薄膜压电传感器为多个时，采用轮询方法逐一选择多个所述压电驻极体薄膜压电传感器一一对应的多个被采样信号，并通知所述第一信号采样单元。
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