無源無線聲表面波傳感器的數(shù)字信號處理研究.pdf

1、無源、無線聲表面波傳感器不但能測量多種物理量或化學(xué)量，而且具有：抗干擾能力強(qiáng)、耐用性高、能忍受惡劣的環(huán)境，微型化、無源化、無線遙測等多種優(yōu)點，從而引起了人們的重視。信號處理是該類傳感器的核心之一，也是它的重要研究內(nèi)容。 本文研究了用數(shù)字信號處理的方法從無源、無線單端對諧振器型聲表面波傳感器的響應(yīng)信號即無線查詢的回波信號中提取出包含被測量信息的特征頻率。 本文首先分析了該類傳感器輸出的傳感信號的特點和主要組成，為測量隨被測

2、量改變的特征頻率，闡明了直接或間接測量諧振頻率的兩種方法和相應(yīng)的信號處理任務(wù)；并設(shè)計了一種頻域與時域相結(jié)合的信號檢測算法；在信號檢測后，針對不同特征量的測量采用了不同的數(shù)字信號處理算法。 本文采用陷波、數(shù)字相敏檢波、基于多分辨率分析的硬閾值去噪算法和FFT、頻率校正等算法，估計出回波信號中調(diào)制信號的主頻。它反映了激勵信號的頻率和諧振頻率之差，從而實現(xiàn)對諧振頻率的間接測量。在信號預(yù)處理中，采用陷波器抑制固定干擾信號；采用數(shù)字相敏檢

3、波算法從陷波后的輸出信號中提取出回波信號的包絡(luò)幅值，并推導(dǎo)了數(shù)字相敏檢波后輸出信號的主頻與回波信號中調(diào)制信號主頻的關(guān)系；分析了經(jīng)陷波、數(shù)字相敏檢波，重采樣后的輸出信號中“噪聲”的組成；采用基于多分辨率分析的硬閾值去噪算法減小或抑制這些“噪聲”；最后采用FFT、頻率校正算法從去噪后的輸出信號中估計出調(diào)制信號的主頻。在實現(xiàn)這些算法時，具體分析了它們在處理信號前后對信號的要求或影響，并始終為估計出回波信號中的調(diào)制信號主頻設(shè)計了一些具體的參數(shù)或

4、算法，最后分析了上述算法對調(diào)制信號主頻測量結(jié)果的影響。處理結(jié)果表明采用上述算法從較高信噪比的回波信號中估計出調(diào)制信號主頻是可行的。 本文根據(jù)電子計數(shù)器測頻的原理，用軟件的方法測量回波信號載波的頻率，實現(xiàn)對諧振頻率的直接測量。分析了軟件測頻的頻率分辨率，并采用軟件內(nèi)插的算法提高了頻率分辨率和測量的精度，而且在LabVIEW6i平臺上建立了基于軟件測頻的虛擬儀器系統(tǒng)。 比較本文采用的兩種測量諧振頻率的算法，即估計回波信號中調(diào)