LabVIEW计数滤波器在信号降噪中的应用

0 引言

方波频率信号具有工作稳定、精度高、抗干扰能力强，便于与计算机接口等一系列优点， 因此在现代测控系统中得到广泛地应用。但是在一些高电压、大电流、高频电磁场的工业现 场环境中，方波频率信号也往往受到高频电磁干扰的影响，叠加一些尖峰脉冲干扰信号。这 类干扰具有干扰力强、无规律的特点，严重影响测量信号的准确性。

实际应用中，一般采用隔离技术来消除方波频率信号中的传导干扰，但当空间的电磁辐 射干扰较为强烈时，单纯的隔离技术难以达到有效降噪的目的。通过增加硬件脉宽数字滤波 电路可以达到抑制或消除高频信号中的尖峰干扰，但需增加设备成本、且安装调试繁杂。

本文采用LabVIEW 进行伺服电机位置、速度、转矩等信息传送的采集，以对多轴伺服 系统的同步/协调性能进行监测。现场测试中，扭矩传感器输出的方波频率信号受到严重尖 峰脉冲的干扰，这里将光电隔离技术与基于LabVIEW 环境编译的计数滤波器相结合，设计 实现了可靠、便捷的方波频率信号滤波，工程实践表明，该方法能有效降低传导干扰和辐射 干扰对频率测量精度的影响。

1 计数滤波原理

计数滤波器(Counter Filters)，也称为脉冲宽度滤波器，主要采用计数的方法来实现 数字滤波。尖峰干扰的频率往往比方波信号要高很多，因此当脉宽小于某一设定值时，不可 能是真实的高频方波脉冲信号，应给以滤除，从而抑制线路上的尖峰干扰。这也就是脉宽数 字滤波电路的工作原理。

以NI 公司M 系列PCI-6221 数据采集卡为例，其输入信号、基准时钟信号、经滤波后 的输入信号的脉冲波形如图1 所示。其使用在板的振荡器产生的40MHz 频率作为滤波器的 基准时钟，预置滤波脉宽为125 ns (N = 5)，当原始输入信号由低变高后，基准时钟信号开 始被计数，当检测到的脉冲宽度小于125ns 时，确定为尖峰干扰，不予输出，当输入信号宽 度大于预置滤波宽度时，滤波器输出方波供后序电路处理。从图1 可以看出，短时的脉冲干 扰得到很好的滤除。

NI 公司在M 系列测试设备对Counter Filters 功能的应用上提供了三项可选滤波脉冲宽 度的选择，相应的配置参数见表1。滤波脉宽的选择是影响计数频率滤波器滤波效果的关键， 脉宽太小，部分干扰信号不能与数字信号分离;太大将会使高频数字信号失真，所以应用中 应根据实际现场情况，选择适当的滤波脉宽。

2 LabVIEW计数滤波方法

2.1 LabVIEW开发环境

基于G 语言的图形化编程环境LabVIEW 是美国NI 公司的创新软件产品，它是一种 功能强大的虚拟仪器开发平台，同时也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件 集成开发环境。LabVIEW 开发环境的优势之一就是针对数据采集、仪器控制、信号分析和 数据处理等任务设计提供了丰富完善的功能图标，用户只需直接调用，就可免去自己编写成 的烦琐。

针对数字信号的采集及噪声信号的滤波， LabVIEW 提供了一套数据采集的 NI-DAQmx VI(模板)以及多功能的属性节点等模板，使得计数滤波器的软件实现变得更 高效且操作简单。NI-DAQmx 即数据采集测试服务软体，是数据采集驱动软件发展的新一 代产品，可帮助用户更快速创建、测试并发布使用高性能的测量应用程序，也是NI 测量服 务软件的核心。