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實(shí)時(shí)數(shù)字濾波器

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杭州銳達(dá)數(shù)字技術(shù)有限公司

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產(chǎn)品簡介

實(shí)時(shí)數(shù)字濾波器用來實(shí)時(shí)地過濾被測量的信號，用戶可以自定義；濾波器特性以滿足特殊的應(yīng)用的需求

詳細(xì)介紹

實(shí)時(shí)數(shù)字濾波器用來實(shí)時(shí)地過濾被測量的信號，用戶可以自定義；濾波器特性以滿足特殊的應(yīng)用的需求。實(shí)時(shí)數(shù)字濾波器應(yīng)用于數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)階段。數(shù)字濾波器模式選擇是通過圖形化的設(shè)計(jì)工具來進(jìn)行設(shè)置的，然后上傳到設(shè)備以供實(shí)時(shí)計(jì)算。在這個(gè)圖形化設(shè)計(jì)工具中，濾波器縱軸以dB為單位，橫軸為相應(yīng)頻率。

例如，用戶可能需要查看一個(gè)特定頻率帶寬內(nèi)的能量分布，而不是整個(gè)頻譜。這可以通過創(chuàng)建帶通濾波器然后將RMS算子應(yīng)用于濾波器的輸出來完成。

下圖顯示了用于在EDM軟件中定義實(shí)時(shí)過濾器的流程圖。左側(cè)的圖標(biāo)CH1表示需要被測量的原始時(shí)域信號。它連接到一個(gè)IIR濾波器，IIR濾波器計(jì)算一個(gè)名為iirfilter(ch1)的信號，該信號再連接到RMS算子。 RMS算子的輸出rms(iirfilter(ch1))的信號。

實(shí)時(shí)數(shù)字濾波器 1

圖1 實(shí)時(shí)數(shù)字濾波器應(yīng)用實(shí)例

實(shí)時(shí)數(shù)字濾波器包括三種類型的數(shù)字濾波器：有限脈沖響應(yīng)濾波器（FIR），無限脈沖響應(yīng)濾波器（IIR），抽取濾波器。對于FIR和IIR濾波器，你可通過多種方式為：低通，高通，帶通或者帶阻濾波器。

本章首先解釋了一些濾波器的設(shè)計(jì)理論，然后介紹EDM軟件和Spider設(shè)備中的濾波器操作。

濾波器設(shè)計(jì)的目標(biāo)是根據(jù)用戶的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算一系列濾波器系數(shù)。這些標(biāo)準(zhǔn)通常由以下變量描述：

濾波器系數(shù)的數(shù)量：這也被稱為過濾器的階次。過濾器的階次決定了需要用多少系數(shù)是來定義濾波器。濾波器階次越低，包含的系數(shù)越少。但是它的響應(yīng)卻比高階次的快，因此濾波器的輸入和輸出之間的時(shí)間滯后更少。

截止頻率：對于低通或者高通濾波器，只需要一個(gè)截止頻率。帶通或者帶阻濾波器則需要兩個(gè)截止頻率來定義濾波器。圖2顯示了典型的帶通濾波器設(shè)置，其中兩個(gè)截止頻率設(shè)置為約0.1和0.4Hz。

阻帶衰減：這個(gè)規(guī)范定義了多少輸入信號在阻斷的頻率范圍內(nèi)會被截?cái)?。理論上來說，衰減越高，過濾得效果越好。在圖2中，低于0.25Hz的帶阻衰減大于40dB。

通帶波紋：這是數(shù)字濾波器中一個(gè)不可避免的特性。它指的是過渡頻率外的濾波形狀的波動。如果需要一個(gè)非常平坦的濾波器，那就可以選擇一個(gè)比較低的帶通波紋。圖2中，在帶阻的區(qū)域可以看到波紋，但是在帶通的區(qū)域看不到波紋。理想情況下，通帶應(yīng)該是非常平坦的，在阻帶的地方可以有波紋。

過渡頻帶寬度：這指的是通帶和阻帶區(qū)域之間的過濾器波形。理想情況下，這個(gè)過渡頻帶應(yīng)該是非常小的。但是，一個(gè)很窄的過渡頻帶需要一個(gè)更高階的過濾器，它影響了過濾器的響應(yīng)時(shí)間，也可能會影響波紋。在圖2中，過濾頻帶是0.05至0.1和0.4至0.45。

實(shí)時(shí)數(shù)字濾波器 2

圖2 濾波器設(shè)計(jì)顯示截止頻率、波紋、阻帶衰減

大多數(shù)情況下，濾波器設(shè)計(jì)包括最小化濾波器的階數(shù)，波紋，過渡頻帶寬度，和響應(yīng)時(shí)間之間作出權(quán)衡。不是所有條件都可以同時(shí)滿足。過濾器設(shè)計(jì)可以是一個(gè)反復(fù)的過程，而不同濾波器的作用不同，濾波器模式選擇經(jīng)驗(yàn)是有幫助的。

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