一、前言

磁致伸縮傳感器具有測量精度高、使用壽命長、耐腐蝕、耐塵、耐壓、耐高溫、耐高振蕩等一系列特點，已在行程測量和液位測量中得到了愈來愈多的應用。由于它的測量原理是通過計算兩個不同磁場相交所產生應變脈沖信號的時間周期，再根據聲波的傳遞速度獲得準確的位置值。在測量過程中，傳感器內波導管的電流脈沖和應變脈沖不可避免地對測量的輸出信號產生一定的干擾，強度可以達到滿量程的0.2%。在一些模擬控制系統中，它的影響程度不明顯、可以忽略。若對高精度的數字式控制系統，它的影響程度是很明顯的，甚至于影響到系統的穩定，必須予以消除。

二、輸出信號的特點

圖1是計算機通過AD采集卡得到的磁致伸縮傳感器的輸出信號，此時磁環與測桿處于相對靜止狀態。從圖1可以看出測量的穩定值為2920,AD卡的模數轉換精度為±1;干擾脈沖的峰值為4、周期約2ms,是一個頻率較高的干擾；每個千擾周期內，干擾段與正常段之比為1:4,若測量點落入正常段，獲得的測量值是正確值，否則為干擾值。可見采用單次測量方法，得到非正常值的機率是比較高的，接近20%。因此在高精度的測量場合下，測量一個位置值，最好是進行連續的多次測量，得出一組測量值，并使這組測量值至少包含一個干擾周期，以便從中獲得一個能夠代表正確值的測量值。這組測量值中的最小值，就是正確的測量值，即測量信息特征值。得出的正確測量值，還應進行必要的平滑濾波，以避免測量過程中出現的意外干擾。本文的濾波方法就是基于此思路實現的。

圖1:計算機測到的磁致伸縮傳感器信號

三、濾波算法

1、采樣間隔T的選取

采樣間隔T應以香農采樣定理為確定的依據，以使采樣的數據能正確的反映實際情況，這對于動態測量尤為重要。根據香農采樣定理，采樣間隔T為：

T≤2π/2wh （S）

這里，wh為被測信號中最大的角頻率分量。根據圖1的特性，可以計算出來能夠正確反映被測信號的采樣間隔T=0.1ms。考慮到采樣的目的是獲取信號中的最小值，采樣間隔T可以適當加大，提高采樣效率。取T為0.25ms,每組采樣數為8個，是比較合適的。

2、濾波框圖

濾波框圖見圖2,得出的AD[k]為當前時刻的測量值。

圖2:磁致伸縮位移傳感器濾波圖

四、試驗驗證

根據上節濾波算法編制的軟件，在兩個典型的測量場合中進行了實際應用。圖3是對磁環處于靜態時的靜態特性測量，圖4是對磁環處于運動時的動態特性測量。每組圖中，上圖是原始測量曲線，下圖為通過濾波算法后得出的測量曲線。

圖3的下圖表明本算法具有良好的測量精度和穩定性，同時還減輕了AD采集卡的轉換精度對測量精度的影響。圖4的下圖表明本算法不僅具有良好的測量精度和穩定性，同時還具有良好的動態測量特性。

圖3:磁致伸縮傳感器靜態測量

圖4:磁致伸縮傳感器動態測量

五、結論

試驗結果表明，本文提出的基于特征值提取的平滑濾波的數字濾波方法，具有算法簡潔、測量精度高、動態特性好的特點，很好地解決了磁致伸縮傳感器輸出信號的濾波問題。同時也說明，通過合適的濾波方法，能夠使該類傳感器充分發揮測量精度高的特點，有助于擴展其在高精度測量場合中的應用。

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