[發明專利]一種適用于反射式/透射式傳感器的強抗干擾系統及其工作方法

在審

• 申請號: 201911033132.3
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN111076791A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 王少榮;滕捷
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284;G01F23/00;H03H17/02;H03H21/00
• 代理公司: 武漢天力專利事務所 42208
• 代理人: 吳曉穎

本發明屬于數字信號處理及抗干擾技術領域，提供一種適用于反射式/透射式傳感器的強抗干擾系統的工作方法，包含信號切換單元和數字濾波及主控制單元，所述信號切換單元輸入側連接傳感器信號源，所述信號切換單元輸出側連接傳感器發射器，所述數字濾波及主控制單元輸入側連接傳感器接收器，所述數字濾波及主控制單元通過控制端口連接信號切換單元；其中主控制單元對傳感器發射信號進行斷續切換控制，數字濾波單元對傳感器接收器采集的信號進行記錄與處理。本發明提供的傳感器發射信號的切換控制只需對傳感器發射器接線進行調整，安裝便捷；本發明對強干擾信號有著強力的濾波效果；同時，可以精確提取微弱有用信號的幅值。

技術領域

本發明屬于數字信號處理及抗干擾技術領域，更具體地，涉及一種適用于反射式/透射式傳感器的強抗干擾系統的工作方法。

背景技術

反射式/透射式傳感器廣泛應用于檢測和自動控制等領域，然而在不少應用場景中，干擾信號比反射式/透射式傳感器的發射信號強很多，且其頻率與反射式/透射式傳感器發射信號的頻率非常接近。比如，在鋼鐵廠的上端電攪連鑄系統的鋼水液面檢測傳感器接收到的信號中，干擾信號幅值比傳感器發射信號幅值高達40倍以上，且干擾信號的頻率幾乎與傳感器發射信號的頻率相同。這就要求反射式/透射式傳感器必須具備獨特的抗同頻(或曰幾乎同頻)的強抗干擾能力。但是，目前已有的抗干擾方法無法滿足這一要求。

發明內容

針對現有技術存在的不足和實際應用需求，本發明提供了一種適用于反射式/透射式傳感器的強抗干擾系統的工作方法，本發明解決了噪聲信號幅值遠大于有用信號幅值且頻率非常接近有用信號情況下常規方法無法提取有用信號的技術難題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種適用于反射式/透射式傳感器的強抗干擾系統，整體設計方案(分別應用于反射式傳感器和透射式傳感器)如圖1所示，包含信號切換單元和數字濾波及主控制單元，所述信號切換單元輸入側(端口AB)連接傳感器信號源，所述信號切換單元輸出側(端口CD)連接傳感器發射器，所述數字濾波及主控制單元輸入側(端口EF)連接傳感器接收器，所述數字濾波及主控制單元通過控制端口(端口G)連接信號切換單元；其中主控制單元對傳感器發射信號進行斷續切換控制，數字濾波單元對傳感器接收器采集的信號進行記錄與處理。

在上述技術方案中，所述主控制單元斷續控制所述信號切換單元分別處于導通/斷開狀態，使所述傳感器發射器工作在有/無信號發射的狀態；所述數字濾波單元采用基于信號對稱性的數字濾波算法對傳感器接收器采集的信號進行記錄與處理，利用在無傳感器發射信號時采集的數據，擬合求取與噪聲信號對應的微差頻信號(其幅值與噪聲信號幾乎相等，頻率非常接近噪聲信號頻率)，采用相同采樣頻率求取微差頻信號數據，并與有傳感器發射信號時采集的數據進行逐點相減運算，利用奇函數在縱坐標對稱區間積分為零的原理對減運算后的數據實現數字濾波，求得有用信號的幅值。

在上述技術方案中，本發明提供的傳感器發射信號的切換控制與波形采樣時序如圖2所示。所述主控制單元控制所述信號切換單元依次處于“導通-關斷-導通”狀態，在信號切換單元處于導通狀態時，傳感器發射器有信號發射，接收器采集的信號包含噪聲信號與有用信號，選取其中一段時間錄制信號波形，如圖2中階段Ⅰ、階段Ⅲ，當信號切換單元關斷時，傳感器發射器無信號發射，接收器采集的信號僅包含噪聲信號，選取其中一段時間錄制信號波形，如圖2中階段Ⅱ。

在上述技術方案中，所述基于信號對稱性的數字濾波算法如圖3所示，具體如下

(1)擬合求取微差頻信號