用于对传感器信号滤波的方法和用于通过对传感器信号滤波来操控执行器的设备技术

提出一种用于对传感器信号进行滤波的方法，其具有多个不同的步骤。提供一个离散时间传感器信号作为输入信号，通过利用离散时间滤波器在时域中对输入信号进行连续滤波来产生一个输出信号，所述滤波器针对输入信号的相应值执行以下滤波步骤：将输入信号的指定时间索引的指定信号值与该输入信号的两个另外的信号值进行比较，其中所述两个另外的信号值中的第一信号值在时间上位于指定信号值之前，并且所述另外的信号值的第二信号值在时间上位于指定信号值之后，以及通过一个取决于由所述两个另外的信号值构成的值区间的新值替代输出信号中的指定信号值。信号中的指定信号值。信号中的指定信号值。

【技术实现步骤摘要】
用于对传感器信号滤波的方法和用于通过对传感器信号滤波来操控执行器的设备


[0001]本专利技术涉及一种用于对传感器信号进行滤波的方法并且还涉及一种用于通过对传感器信号进行滤波操控执行器的设备。

技术介绍

[0002]为了在技术物理领域里掌握状态或者检测事件，通常通过一个传感器检测传感器信号并对其进行滤波，例如用以减少传感器信号中的噪声干扰和/或脉冲干扰。
[0003]作为滤波方法，离散时间滤波器是众所周知的。简单的滤波器在这种情况下例如是一个所谓的中值滤波器或者均值滤波器或者算术均值滤波器。
[0004]在时域中的这种离散时间滤波方法中，通过将多个离散时刻的多个输入值相互算术组合，为指定时间索引(time index)求出一个用于输出信号的新输出值，以求出所述输出信号在所述一个离散时刻的输出值。
[0005]这样确定的输出信号然后例如可以用于检测事件。例如，在通过一个压力传感器检测传感器信号时能够检测到超过一个指定的压力值的情况。于是，优选在这样的情况中或者在检测这样的事件时，可以操控一个执行器，以便在物理
中达到一定的效果。
[0006]作为传感器，众所周知有大不相同的传感器。例如，有电容传感器、压力传感器、电压传感器、湿度传感器以及许多其他形式的传感器。这些传感器具有的共同点是，它们提供的模拟电传感器信号受到噪声干扰和也可能受到脉冲干扰，这些干扰轻微地或者严重地使得原本所期望的传感器信号失真。
[0007]除了离散时间滤波器之外，其他的滤波方法也是已知的，例如在频率范围内。
[0008]不同的滤波方法对输出信号产生不同的影响。具有复杂滤波的方法，例如将离散时间输入信号转换为一个离散频率空间，在该离散频率空间中进行滤波并逆变回一个离散时间输出信号，可能还通过重叠相加法使离散时间输出信号块重叠，有时产生一定的延迟。
[0009]离散时间实现中的每个离散时间滤波器，例如作为FIR滤波器(有限脉冲响应滤波器)或者IIR滤波器(无限脉冲响应滤波器)，也产生一定的信号延迟。这样的信号延迟然后可能导致：基于输出信号，只能以具有相应延迟的时间延迟确定对特定事件的检测，所述事件在输入信号中通过一定的信号过程表示，诸如一个信号跳跃。
[0010]同时，相应的不同的滤波方法相应不同程度地产生噪声干扰和/或脉冲干扰相应不同地减少的效果。
[0011]这些方面并不是总能够共同得到优化，使得所有这样的方面能够共同达到一个相应最大最佳的程度。有些滤波方法达到了更高的降噪，但是代价是更大的信号延迟。在这种情况下，其它的相互关系是可能和已知的。
[0012]由“数字信号处理
‑
利用
‑
练习的滤波和光谱分析
‑
(Digitale Signalverarbeitung
‑
Filterung und Spektralanalyse mit)K.
‑
D.Kammeyer，K.Kroschel，Springer Vieweg出版商，德国威斯巴登，2018年04月21日”以
及“A.Mertins：信号理论：信号描述基础，滤波均衡器，微波，时间
‑
频率
‑
分析，参数和信号评估(Signaltheorie:Grundlagen der Signalbeschreibung,Wavelets,Zeit
‑
Frequenz
‑
Analyse,Parameter
‑
und)。Springer Vieweg出版商，第4版，2020年”已知了离散时间信号滤波的不同方法。
[0013]图1示出了一个传感器S，该传感器提供一个模拟传感器信号AS。该模拟传感器信号通过一个转换器单元ADW、特别是一个AD转换器(模拟数字转换器)转换为一个离散时间传感器信号ZS。这个离散时间传感器信号ZS可以理解为一个离散时间输入信号ES。一个计算单元R然后可以通过时域中的离散时间滤波确定一个离散时间输出信号AS。另外，所述计算单元R优选可以基于输出信号AS检查一个指定的事件，以便然后向一个执行器AK输出一个指定控制信号ST。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的是提供一种用于滤波离散时间输入信号和确定离散时间输出信号的滤波方法，该滤波方法既抵消了干扰变量诸如加性噪声，同时又尽可能少地使输入信号失真。
[0015]本专利技术的目的通过根据权利要求1所述的、用于对传感器信号进行滤波的本专利技术方法得以实现。
[0016]另外，本专利技术的目的还通过一个根据权利要求10所述的、用于通过对传感器信号进行滤波操控执行器的设备得以实现。
[0017]提出了一种用于对传感器信号进行滤波的本专利技术方法，其包括多个不同的步骤：提供离散时间传感器信号作为输入信号；通过利用离散时间滤波器在时域中对输入信号进行连续滤波，产生输出信号，所述滤波器针对输入信号的相应值执行以下滤波步骤：将输入信号的指定时间索引的指定信号值与该输入信号的两个另外的信号值进行比较，其中所述两个另外的信号值中的第一信号值在时间上位于指定信号值之前，并且所述另外的信号值的第二信号值在时间上位于指定信号值之后；以及通过一个取决于由所述两个另外的信号值构成的值区间的新值替代输出信号中的指定信号值。
[0018]优选，取决于输入信号的指定信号值与一个通过输入信号的所述两个另外的信号值构成的值区间的比较，要么在输出信号中保持输入信号的所述指定信号值，要么在输出信号中通过一个新值替代输入信号的指定信号值。
[0019]为了阐述本专利技术方法的一个或者多个可能的优点，下面进行更加详细的说明。
[0020]图8示出了一个示例性的输入信号ES，该输入信号由加性噪声叠加并且在指定时刻ZP具有一个信号边缘SF。一个这样的信号边缘SF表示物理
中的特定事件。另外，传感器信号ES具有一个干扰脉冲STI。应该通过离散时间滤波既减少加性噪声，也减少干扰脉冲STI，以便然后能够基于输出信号尽可能在无较大信号延迟的情况下检测到一个信号边缘SF或者一个通过所述信号边缘SF表示的事件。
[0021]图9示出了离散时间信号ES的第一导数作为信号ESA。在这种情况下，例如信噪比小于1。
[0022]在时刻ZP基于所述信号ESA利用一个阈值SCW检测到事件或者信号边缘SF，不一定能够导致可靠的检测结果。信号ESA在其他时刻的其他信号值同样超过所述阈值SCWX。
[0023]图10a示出了在将一个常用的连续算术均值滤波器应用于图8中的输入信号ES的情况中一个示例性的输出信号FS1。
[0024]保留的边缘SF1具有的边缘陡度小于来自信号ES的原始边缘SF。然而噪声部分以及脉冲都可以减少。在图10b中示出了信号FS1的第一导数FS1A。在这种情况下，将一个阈值SCW1用于在时刻ZP的事件检测依然是有问题的，因为其他的信号部分如信号FS1A中保留的脉冲STI1也超过所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于对传感器信号进行滤波的方法，其包括：
‑
提供离散时间传感器信号(ZS)作为输入信号(ES)，
‑
通过利用离散时间滤波器(ZF)在时域中对输入信号(ES)进行连续滤波来产生输出信号(AS)，所述滤波器针对输入信号(ES)的相应值执行以下滤波步骤：ο将输入信号(ES)的指定时间索引的指定信号值(BW)与该输入信号(ES)的两个另外的信号值(VW，NW)进行比较，其中所述两个另外的信号值(VW，NW)中的第一信号值(VW)在时间上位于所述指定信号值(BW)之前，并且所述另外的信号值(VW，NW)中的第二信号值(NW)在时间上位于所述指定信号值(BW)之后，ο在所述指定信号值(BW)位于通过所述两个另外的信号值(VW，NW)构成的值区间内的情况中，不变地保留在所述指定时间索引上的所述指定信号值(BW)，ο在所述指定信号值(BW)不在由所述两个另外的信号值(VW，NW)构成的值区间内的情况中，通过新值替代输出信号中的所述指定信号值(BW)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述两个另外的信号值(VW，NW)确定所述新值(NW)。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：将所述新值(NEW)确定为所述两个另外的信号值(VW，NW)的平均值。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：将所述新值(NEW)选为所述两个另外的信号值(VW，NW)中的一个信号值，所述指定值(BW)相对于该一个信号值具有较小的偏差。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：根据
‑
所述两个另外的信号值中的一个信号值(VW)，所述指定值(BW)相对于该一个信号值具有较小的偏差(AW1)，
‑
和所述指定信号值(BW)与所述两个另外的信号值中的所述一个信号值(VW)的差(AW1)确定所述新值(NW1)。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：根据
‑
所述两个另外的信号值中的一个信号值(VW)，所述指定值(BW)相对于该一个信号值具有较小的偏差(AW1)，和
‑
所述指定信号值(BW)与所述两个另外的信号值中的所述一个信号值(VW)的差(AW1)，和
‑
修正值(KO)确定所述新值(NEW2)。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个另外的信号值(VW，NW)相对于所述指定信号值(BW)分别具有相同的时间间隔。8.根据权利要求1所述的方法，其包括
‑
在第一滤波阶段中将权利要求1中的离散时间滤波器(ZF)应用于输入信号(ES)，以产生输出信号(AS)，
‑
提供所述第一滤波阶段(ZF)的输出信号(AS)作为第二滤波阶段(Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：欧蒙医学实验诊断股份公司，
类型：发明
国别省市：