交流激励的电阻传感器阵列的串扰抑制方法研究

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共享行共享列结构的电阻阵列传感器在大大减少导线数量的同时会引入串扰现象,而串扰现象的存在会降低电阻阵列传感器的测量精度。如何能够有效地抑制串扰,对电阻传感器阵列的应用有着重要意义。目前,交流测量方法能够抑制单元间串扰对测量结果的影响,同时可实现传感器阵列中所有单元电阻值的测量。但交流测量方法的测量精度会受到其采用的频谱分析方法的影响,而现有的频谱分析方法无法对电阻传感器阵列进行同步扫描,而且会丧失时频特性。本文将希尔伯特-黄变换(HHT)用于交流激励电阻阵列响应信号的频谱分析。但是,该方法存在端点效应、虚假分量和模态混叠等问题,本文进行了相应的研究和改进,并将改进的HHT用于电阻传感器阵列得频谱分析中,这对于提高电阻传感器阵列的测量精度有着重要的意义。主要研究内容和具体成果如下:1.从交流激励和直流激励的零电势电路基本理论出发,对比分析了两种激励方式的优缺点,得出交流激励测量方法在电阻传感器阵列串扰抑制的优势,但交流测量方法的测量精度会受到现有频谱分析方法的制约。为此本文提出采用HHT对电阻传感器阵列响应信号进行处理,通过与目前采用的傅里叶变换进行对比分析。结果表明HHT可得到电阻传感器阵列中所有传感器单元关于时间-频率-幅值三者间的对应关系,实现电阻传感器阵列的时间和阻值测量,可促进交流激励测量方法在传感器测量领域中的应用。2.针对HHT算法存在的端点效应问题进行了研究,根据电阻传感器阵列的实际应用要求,本文选取边界局部特征尺度延拓法、极值点镜像延拓法和多项式拟合延拓法三种实时性较好的延拓方法对数值仿真信号进行检测。通过比较三种延拓方法对端点效应的抑制效果,对比结果表明边界局部特征尺度延拓方法能够有效抑制HHT的端点效应,故将边界局部特征尺度延拓法与HHT结合用于电阻传感器阵列采集信号的频谱分析。3.当HHT对采集信号进行频谱分析时会受到电阻传感器阵列各行频率比以及电阻传感器的阻值变化范围的影响,使得EMD在分解过程中会产生许多问题。最常见的问题则是模态混叠以及虚假分量问题。为了消除模态混叠,本文采用带通滤波技术对采集信号进行预处理,再进行HHT分析。但不同类型的滤波器会影响模态混叠的抑制效果。通过比较切比雪夫Ⅰ型和Ⅱ型、椭圆型和巴特沃斯型滤波器的幅频特性及其实现的阶数,得出滤波效果最好且实现阶数最低的是切比雪夫Ⅱ型带通滤波器。关于EMD分解中产生的无关分量问题,对实际应用中效果较好的四种虚假分量去除方法进行比较分析。结果表明能量比值检验法能够有效去除虚假分量。最后提出了一种用于交流激励电阻传感器阵列采集信号的基于带通滤波的改进HHT方法,并通过电路模拟仿真验证了该方法具有一定的实际应用性。
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