一种信号处理方法、装置、程序产品及二阶带通滤波器与流程

本技术涉及信号处理，特别是涉及一种信号处理方法、装置、程序产品及二阶带通滤波器。

背景技术：

1、在传感器领域中，位移量、速度量属于两个得到较为广泛应用的检测量。但由于传感器类型或测试环境的限制，往往选择用加速度传感器来获取振动信号也即加速度信号，然后通过加速度量间接得到速度量以及位移量。

2、加速度信号转换成速度和位移信号理论上可以通过积分的方法实现，目前常用的转换方法有时域积分和频谱积分两种。时域积分采用的是梯形求积的数值积分法，而频域积分主要则是利用傅里叶变换及逆变换实现。但是这两种转换方法都无法避免的会在对信号样本积分过程中产生低频漂移或强大趋势项。并且在二次积分时，由于信号噪声及一次积分趋势项的影响，积分后得到的振幅信号常常出现严重畸变。

3、所以，现在本领域的技术人员亟需要一种信号处理方法，以解决目前在进行加速度信号积分转换等信号处理过程中，得到的振幅信号常常出现严重畸变的问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种信号处理方法、装置、程序产品及二阶带通滤波器，用于解决目前在进行加速度信号积分转换等信号处理过程中，得到的振幅信号常常出现严重畸变的问题。

2、为解决上述技术问题，本技术提供一种信号处理方法，包括：

3、构造二阶带通滤波器；

4、根据待处理信号的交变频率确定所述二阶带通滤波器的截止频率，以使所述待处理信号的交变频率落入所述二阶带通滤波器的频响线性段内；

5、根据所述截止频率确定所述二阶带通滤波器的传递函数，以完成所述二阶带通滤波器的参数配置；

6、通过所述二阶带通滤波器对所述待处理信号进行积分转换或逆积分转换。

7、在一种可能的实施例中，在确定所述二阶带通滤波器的传递函数之前，还包括：

8、选取所述频响线性段内的任一频率，对所述二阶带通滤波器进行积分校准，以确定所述二阶带通滤波器的实际调节增益；

9、相应的，根据所述截止频率确定所述二阶带通滤波器的传递函数包括：

10、根据所述截止频率和所述实际调节增益，确定所述二阶带通滤波器的传递函数。

11、在一种可能的实施例中，根据所述截止频率和所述实际调节增益，确定所述二阶带通滤波器的传递函数包括：

12、构造用于实现积分或微分滤波的二阶带通滤波器的传递函数；其中，所述传递函数的未知参数包括：增益、中心频率和品质因数；

13、以所述截止频率作为所述传递函数的系统频率，确定对应的角频率；

14、将所述角频率作为所述传递函数的中心频率、将所述实际调节增益作为所述传递函数的增益、将预设的品质参数值作为所述传递函数的品质因数，确定所述传递函数。

15、在一种可能的实施例中，所述选取所述频响线性段内的任一频率，对所述二阶带通滤波器进行积分校准，以确定所述二阶带通滤波器的实际调节增益包括：

16、构造积分校准器和校准信号；其中，所述校准信号的交变频率与所述积分校准器的系统校准频率相同；

17、通过所述积分校准器对所述校准信号进行积分转换，得到校准后信号；

18、根据所述校准后信号的幅值和所述校准信号的幅值，确定所述实际调节增益。

19、在一种可能的实施例中，构造所述积分校准器包括：

20、构造二阶低通滤波器和二阶高通滤波器，并将所述二阶低通滤波器和所述二阶高通滤波器串联以得到所述积分校准器。

21、在一种可能的实施例中，根据所述校准后信号的幅值和所述校准信号的幅值，确定所述实际调节增益包括：

22、根据所述校准后信号的幅值和所述校准信号的幅值之比，确定所述积分校准器的实际增益，并将所述积分校准器的实际增益作为所述实际调节增益。

23、在一种可能的实施例中，所述校准信号的交变频率小于或等于所述截止频率。

24、在一种可能的实施例中，所述根据待处理信号的交变频率确定二阶带通滤波器的截止频率包括：

25、根据所述待处理信号的交变频率确定所述二阶带通滤波器的暂定截止频率；其中，所述暂定截止频率的频率值小于所述待处理信号的交变频率；

26、基于所述暂定截止频率，判断所述待处理信号交变频率的频率值和2倍频率值是否落入所述频响线性段内；

27、若是，则确定所述暂定截止频率为最终确定的所述截止频率；

28、若否，则返回至所述根据所述待处理信号的交变频率确定所述二阶带通滤波器的暂定截止频率的步骤；

29、其中，新确定的所述暂定截止频率的频率值小于上一次确定的所述暂定截止频率。

30、为解决上述技术问题，本技术还提供一种二阶带通滤波器，包括：积分电路或逆积分电路、反相输出电路和反馈电路；

31、其中，所述积分电路/所述逆积分电路的输入端作为所述二阶带通滤波器的输入端，用于接入待处理信号；所述积分电路/所述逆积分电路的输出端与所述反相输出电路的输入端连接；所述反相输出电路的输出端作为所述二阶带通滤波器的输出端，且所述反相输出电路的输出端与所述反馈电路的输入端连接；所述反馈电路的输出端与所述积分电路/所述逆积分电路连接；

32、所述积分电路/所述逆积分电路用于实现对所述待处理信号的积分转换/逆积分转换；

33、所述反相输出电路用于调节所述二阶带通滤波器的增益；

34、所述反馈电路用于调节所述二阶带通滤波器的截止频率，以使所述待处理信号的交变频率落入所述二阶带通滤波器的频响线性段内。

35、在一种可能的实施例中，所述反馈电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第一运算放大器；

36、所述第一电阻的第一端作为所述反馈电路的输入端，所述第一电阻的第二端与所述第一运算放大器的反相输入端连接；所述第一运算放大器的同相输入端通过所述第二电阻接地；所述第一运算放大器的输出端通过所述第一电容与所述第一运算放大器的反相输入端连接，并与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端作为所述反馈电路的输出端；

37、其中，在所述第三电阻的阻值不变的情况下，所述第一电容的容值与所述二阶带通滤波器的截止频率呈负相关关系；

38、则所述反馈电路用于：调节所述第一电容的容值和所述第三电阻的阻值，以使所述待处理信号的交变频率落入所述二阶带通滤波器的频响线性段内。

39、在一种可能的实施例中，所述反相输出电路包括：第四电阻、第五电阻和第二运算放大器；

40、所述第四电阻的第一端作为所述反相输出电路的输入端，所述第四电阻的第二端与所述第二运算放大器的反相输入端连接；所述第二运算放大器的同相输入端接地；所述第二运算放大器的输出端通过所述第五电阻与所述第二运算放大器的反相输入端连接，并作为所述反相输出电路的输出端；

41、其中，所述第五电阻与所述第四电阻的阻值之比，与所述二阶带通滤波器的传递函数的增益呈正相关关系；

42、则所述反相输出电路用于：调节所述第五电阻和所述第四电阻的阻值之比，以使所述二阶带通滤波器的传递函数的增益等于实际调节增益；

43、其中，所述实际调节增益的确定过程包括：

44、选取所述频响线性段内的任一频率，对所述二阶带通滤波器进行积分校准，以确定所述二阶带通滤波器的实际调节增益。

45、在一种可能的实施例中，所述积分电路包括：第六电阻、第七电阻、第二电容和第三运算放大器；

46、所述第六电阻的第一端作为所述积分电路的输入端，所述第六电阻的第二端与所述第三运算放大器的反相输入端和所述反馈电路的输出端连接；所述第三运算放大器的同相输入端接地；所述第三运算放大器的输出端通过并联的所述第七电阻和所述第二电容与所述第三运算放大器的反相输入端连接，并作为所述积分电路的输出端。

47、为解决上述技术问题，本技术还提供一种信号处理装置，包括n个如上所述的二阶带通滤波器，n为大于1的正整数；

48、其中，n个所述二阶带通滤波器之间串联连接，且n个所述二阶带通滤波器均包括积分电路或均包括逆积分电路。

49、为解决上述技术问题，本技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现如上所述的信号处理方法的步骤。

50、本技术提供的一种信号处理方法，利用二阶带通滤波器的频响特性：对于位于频响线性段的信号满足每倍频衰减6.02分贝(即-6.02db/oct)，可以满足对信号进行积分变换或微分变换所需要的线性要求，且可以实现二阶带通滤波器的在截止频率以下的信号被抑制的功能。也即对于需要进行积分变换的振动信号或速度信号、以及需要进行微分变换的速度信号或位移信号而言，其位于频响线性段的信号部分可以正常进行积分或微分变换。而对于截止频率以下的低频噪声、静态加速度等导致大误差的频点，则可以被有效抑制。所以本方法通过设计一种截止频率以上的频响线性段满足-6.02db/oct积分特性的二阶带通滤波器传递函数，基于此传递函数构造出用于进行信号处理的积分器或微分器，可以在满足对信号的正常积分或微分转换的线性要求前提下，还能够对截止频率以下的低频噪声、静态加速度等导致大误差的频点进行有效抑制，避免处理后的信号出现严重畸变，从而提高信号积分或微分转换的准确性。本方法不但能解决目前在传感器领域中对振动信号进行积分变换时所面临的振幅信号常常出现严重畸变的问题，还可以通过逆积分运算，得到反向的微分变换，同样可以实现有效抑制截止频率以下的低频噪声、静态加速度等大误差频点的功能，是一种灵活、高效的信号处理方法。

51、本技术提供的二阶带通滤波器、信号处理装置及计算机程序产品与上述方法对应，效果同上。