TWI514372B

TWI514372B - 隨機雜訊信號之偵測及過濾方法

Info

Publication number: TWI514372B
Application number: TW099115097A
Authority: TW
Inventors: Byoung Gwan Ko
Original assignee: Soonhan Eng Corp
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2015-12-21
Also published as: KR101168968B1; JP2011069821A; US20110066403A1; EP2296272A3; EP2296272A2; KR20110028909A; TW201110110A; US8437986B2; JP5425027B2; CN102025336B; CN102025336A

Description

隨機雜訊信號之偵測及過濾方法

本發明是關於隨機雜訊信號偵測及過濾方法；更具體來說，它是關於一種隨機雜訊信號偵測及過濾方法，其中，在經由使用一般類比信號輸出感測器所量測到之經分析信號的經分析結果落在預定臨界值之外的情況下，它們被視為隨機信號並被過濾，藉此提供可能的精確監測及狀況分析。

一般來說，根據量測長度、重量、速度、加速度、溫度、壓力等目的而存在各種類型的感測器。

此外，藉由感測器所量測到的資料可被用來監測及分析對象工廠的狀況，亦可被用於自動化產業作業，以利用所輸出之感測器信號來即時控制其他系統。

一般來說，由感測器同時流入之雜訊信號大多具有指定週期；具有這種指定週期的雜訊信號可使用包含傳統過濾方法的濾波器，例如：低通濾波器、高通濾波器或帶通濾波器。然而，取決於感測器所使用的周圍環境，無特定週期之雜訊信號的流入有時可能會與具有指定週期之雜訊信號一起產生。

若此時所量測到的感測器信號因特定雜訊而失真，則可能導致錯誤的解讀或控制，其可能對產品品質或生產力造成問題。

特別是，極難以對無指定形式或週期之雜訊信號使用處理方法，且為了處理這些信號，需要過多的時間；所以，對需要即時控制的生產作業，它們更為棘手。

第1圖是關於與正常信號一起之隨機信號的流入之每次取樣每小時計算速度的結果圖；參照第1圖，隨機與正常信號之間的分界很模糊，且可看出偵測不規則信號的難度。這些結果為高頻雜訊的結果；這種高頻雜訊接受各種輸出感測器信號，且經由計算所接受之資料的平均值(代表值)，可消除這種雜訊。

因此，為了解決這些問題而產生出本發明；該隨機雜訊信號偵測及過濾方法的目的是，當利用通用類比信號輸出形式之感測器，在量測到感測器信號時，藉由適當地過濾與感測器信號一起流入之雜訊信號來獲得所欲信號。

根據本發明之隨機雜訊信號偵測及過濾方法的特徵係包含以下步驟：與先前儲存於暫存器中的資料做比較，計算出目前正從感測器被輸入的資料之差值(速度)的步驟；將上述計算出之結果與臨界值做比較的步驟；進行比較，看比較之結果是大於最大臨界值或小於最小臨界值的步驟；以及若該等比較之結果大於該最大臨界值或小於該最小臨界值，則將該等結果調整為隨機信號，並以目前之資料取代先前之資料的步驟。

此外，根據本發明之隨機雜訊信號偵測及過濾方法的特徵係包含以下步驟：與先前儲存於暫存器中的資料做比較，計算出目前正從感測器被輸入的資料之差值(速度)的步驟；將上述計算出之結果與臨界值做比較的步驟；進行比較，看比較之結果是大於最大臨界值或小於最小臨界值的步驟；若該等比較之結果大於該最大臨界值或小於該最小臨界值，則指定上述信號，重複上述步驟，從所取得之資料計算出平均值，並將其儲存於該暫存器中的步驟；以及將儲存於該暫存器中的該平均值輸入作為以下{公式1}的資料(N)值，摒棄資料(1)同時再次計算N單元資料的平均，其取代先前儲存於特定記憶體或緩衝區中的該平均值，且被用來計算下一次之速度的步驟。

{公式1}

平均值={Data(1)+Data2+,---.　Data(N)}/N

另外，在與先前儲存於暫存器中的資料做比較，計算出目前正從感測器被輸入的資料之差值(速度)的步驟中，以該先前儲存於暫存器中的資料之預定頻率來使用目前正從該感測器被輸入之該資料的平均值。

另外，在進行比較，看比較之結果是大於最大臨界值或小於最小臨界值的步驟中，若該等比較之結果大於該最大臨界值或小於該最小臨界值，則以該先前資料或預定資料取代目前輸入之資料。

如上所述，根據本發明之隨機雜訊信號偵測及過濾方法能夠獲得以下功效。

第一，經由詳盡的信號量測，使得目標系統之精確監測及狀況分析成為可能，並可減少缺陷/失誤以提高產品生產力及品質。

第二，經由簡化該方法，可減少過濾所需的計算時間；因此，可將該方法應用於需要即時控制的場合，例如對於FPD或用於檢驗半導體的設備。

第三，當對即使控制應用此種方法時，可防止由隨機雜訊信號所造成的設備故障及失誤，並可提高產品生產力。

以下是透過參考圖式來詳述根據本發明之隨機雜訊信號偵測及過濾方法。在說明本發明時，由於相關之周知技術或組成的具體說明被視為可能無益於解釋本發明的實質內容，故省略這些詳細說明。另外，此處所提到的用語是考量本發明之功能來加以定義；所以，它們可能會因客戶、操作者或使用者之意圖而有所不同。因此，這些定義必須以包含本發明之概要細節為基礎。

第2圖是描述根據本發明之隨機信號偵測程序的流程圖，第3圖是根據本發明之計算用以偵測隨機信號之差值的結果圖，而第4圖是根據本發明之過濾隨機信號的結果圖。

在參照第2圖到第4圖來說明根據本發明之隨機信號偵測程序時，在類比輸出形式之感測器的輸出中包含隨機雜訊信號的情況下，本發明之方法包括偵測及消除此等隨機信號。

一般來說，隨機信號並不具有指定週期(聲頻)或大小(振幅)；所以，在傳統過濾方法中無法偵測出此等隨機信號。通常，此等隨機信號是以突發擺動(爆出)信號形式產生，且這種擺動信號具有比正常輸入之信號更為陡急的斜度及大小。

舉例來說，這表示目前正被輸入的信號突然大於或小於過去所輸入的信號。所以，如同根據本發明之隨機信號偵測程序所提出的，在計算出目前正被輸入的信號和過去所輸入的信號之間的差(速度)，且此所計算出之值大於預定臨界值的情況下，忽略目前正被輸入的信號，並再次接收下一個信號之輸入。

然而，在發生許多高頻雜訊信號之流入的環境下，正常信號和隨機信號之間的這種速度波動率並無主要差異；所以，為了應用本發明之方法，必須預先進行與過去所輸入之信號有關的高頻雜訊之處理，以計算速度。對於高頻雜訊，藉由使用{公式1}來平均兩個以上的量測到之信號，以產生解。

如此所計算出之平均值(代表值)是儲存於特定記憶體或緩衝區中，且被用來代表過去的信號。

舉例來說，在接收到一單元之資料後，讀取先前已被計算及儲存之平均值，並如{公式2}中所記載地，計算該兩單元之資料間的差，藉此計算出速度。

{公式2}

速度=(資料(N)-平均值)/取樣時間

第4圖顯示應用上面所說明之過濾方法的結果。在應用該過濾方法之前和預先計算速度值之後，接著建立適當速度餘裕(例如：7mm/s)後應用該過濾方法的結果，可看出僅剩餘巨觀感測器計算信號且瞬時擺動信號皆被過濾。

第4圖顯示應用上面所說明之過濾方法的結果。在該圖中，來自在應用該過濾方法之前和預先計算速度值之後的結果，接著建立適當速度餘裕(例如：7mm/s)後應用該過濾方法的結果，以及僅剩餘計算出之巨觀感測器信號且過濾即時擺動信號的濾波皆可被觀察到。

將剩餘的經過濾之信號輸入作為{公式1}的資料(N)值，消除資料(1)，並再次計算N資料的平均值；其被用來取代先前儲存於特定記憶體或緩衝區中的平均值，且被用來計算下一次的速度。

在此，藉由參照說明第2圖所述之根據本發明的隨機信號偵測程序之流程圖，提供在類比形式之感測器的輸出中包含此種隨機信號的情況下，偵測及去除隨機信號之方法的詳細說明。

首先，若從感測器的類比形式之輸出取得一新單元之資料，則將其與先前已被記錄於暫存器中之資料做比較。隨後，自該新資料減去先前的資料，並計算出速度。

因此，若計算出的速度超出臨界值，則消除新資料，再次從感測器取得單一信號，並重複先前的程序。

在計算出的速度不超出臨界值的情況下，在重複此程序的同時計算出平均值。

之後，將以此方式所計算出的平均值儲存在暫存器中。因此，隨著此程序之重複而藉其過濾所有的隨機信號。

如先前對經過濾且剩餘的信號所述，將它們輸入作為{公式1}的資料(N)值，摒棄資料(1)同時再次計算N單元資料的平均，其取代先前儲存於特定記憶體或緩衝區中的平均值，且被用來計算下一次的速度。

已根據較佳實施例來說明上述之發明，但這些實施例僅用以說明而不應限制本發明；所以，熟習本發明之技藝者可在不偏離本發明之技藝下，對上述實施例進行各種變更、修改或調整。因此，本發明的保護範圍必須被解釋為包含所有涵蓋於本發明實質技藝內的修改、變更或調整範例。

第1圖是關於與正常信號一起之隨機信號的流入之每次取樣每隔一小時計算速度的結果圖。

第2圖是描述根據本發明之隨機信號偵測程序的流程圖。

第3圖是根據本發明之計算速度的結果圖，其中計算10單元之資料的平均之結果被用來偵測隨機信號。

第4圖是根據本發明之偵測及過濾隨機信號的結果圖。

Claims

一種隨機雜訊信號偵測及過濾方法，其特徵為包含：與先前儲存於暫存器中的資料做比較，計算出目前正從感測器被輸入的資料之差值(速度)的步驟；將上述計算出之結果與臨界值做比較的步驟；進行比較，看比較之結果是大於最大臨界值或小於最小臨界值的步驟；以及若該等比較之結果大於該最大臨界值或小於該最小臨界值，則將該等結果調整為隨機信號，並以目前之資料取代先前之資料的步驟。
一種隨機雜訊信號偵測及過濾方法，其特徵為包含：與先前儲存於暫存器中的資料做比較，計算出目前正從感測器被輸入的資料之差值(速度)的步驟；將上述計算出之結果與臨界值做比較的步驟；進行比較，看比較之結果是大於最大臨界值或小於最小臨界值的步驟；若該等比較之結果大於該最大臨界值或小於該最小臨界值，則指定上述信號，重複上述步驟，從所取得之資料計算出平均值，並將其儲存於該暫存器中的步驟；以及將儲存於該暫存器中的該平均值輸入作為以下{公式1}的資料(N)值，摒棄資料(1)同時再次計算N單元資料的平均，其取代先前儲存於特定記憶體或緩衝區中的該平均值，且被用來計算下一次之速度的步驟{公式1}平均值={Data(1)+Data2+,---. Data(N)}/N。
如申請專利範圍第1或2項之隨機雜訊信號偵測及過濾方法，其中，在與先前儲存於暫存器中的資料做比較，計算出目前正從感測器被輸入的資料之差值(速度)的步驟中，以該先前儲存於暫存器中的資料之預定頻率來使用目前正從該感測器被輸入的該資料之平均值。
如申請專利範圍第1或2項之隨機雜訊信號偵測及過濾方法，其中，在與先前儲存於暫存器中的資料做比較，計算出目前正從感測器被輸入的資料之差值(速度)的步驟中，計算出該速度來作為預定標準定值而取代該先前儲存於暫存器中的資料。
如申請專利範圍第1項之隨機雜訊信號偵測及過濾方法，其中，在進行比較，看比較之結果是大於最大臨界值或小於最小臨界值的步驟中，若該等比較之結果大於該最大臨界值或小於該最小臨界值，則以該先前資料取代目前輸入之資料。
如申請專利範圍第1項之隨機雜訊信號偵測及過濾方法，其中，在進行比較，看比較之結果是大於最大臨界值或小於最小臨界值的步驟中，若該等比較之結果大於該最大臨界值或小於該最小臨界值，則以預定標準定值取代目前輸入之資料。