【摘要】：使用選擇性離子電極測(cè)量水質(zhì)分析樣品中的離子濃度時(shí),由于溶液中各種離子的相互作用,使信號(hào)不可避免地混入超高斯噪聲和亞高斯噪聲。為了提高離子濃度信號(hào)的信噪比和測(cè)量精度,采用基于四階累積量均方誤差準(zhǔn)則的高階統(tǒng)計(jì)量自適應(yīng)濾波器(HOSRLS),以抑制離子濃度信號(hào)的超高斯噪聲和亞高斯噪聲。仿真結(jié)果表明:較之于低階統(tǒng)計(jì)量的遞歸最小均方誤差自適應(yīng)濾波器(RLS)方法,HOSRLS方法可有效地消除離子濃度信號(hào)的非高斯噪聲分量,具有較高的信噪比和收斂速度。
【圖文】：

3wk(40)，k∈［20，59］0，其他系統(tǒng)仿真數(shù)學(xué)模型為:x=d+N(P)+Ｒeyleigh(В)+Exponential(λ)在采樣序列k1=160、k2=100、k3=40，分別獲得3個(gè)極值點(diǎn)，以測(cè)試在極值和不同峭度條件下HOSＲLS濾波器的收斂性能。HOSＲLS和ＲLS濾波器的仿真結(jié)果如圖1所示，從圖中可看出，當(dāng)?shù)螖?shù)較少(i=5)，在峭度和偏度較大的區(qū)域(如A、B和C)，ＲLS濾波器仍然含有超高斯和亞高斯噪聲分量Ｒeyleigh(B)和Exponential(λ)，且超調(diào)量高于10%，而HOSＲLS則完全濾除超高斯和亞高斯噪聲，其收斂速度優(yōu)于ＲLS．圖1HOSＲLS和ＲLS濾波器的仿真結(jié)果另一方面，在同樣的迭代次數(shù)(i=5)條件下(如圖2所示的D、E和F點(diǎn))，ＲLS和HOSＲLS抑制高斯白噪聲的能力相當(dāng)，但對(duì)于疊加非高斯噪聲分量的系統(tǒng)仿真數(shù)學(xué)模型來說，HOS-ＲLS濾波器在采樣序列k1=160、k2=100、k3=40分別獲得45dB、28dB和55dB，而ＲLS分別獲得25dB、25dB和22dB，可看出HOSＲLS比ＲLS濾波器獲得較高的信噪比。3實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，在CycloneIII系列EP3C10F256上創(chuàng)建系統(tǒng)，以標(biāo)準(zhǔn)型NIOSII微處理器為核心，將HOSＲLS濾波器模塊掛接到Avalon總線上，以硬件加速方式設(shè)計(jì)HOSＲLS模塊，NIOSII微處理器訪問HOSＲLS模塊，并實(shí)時(shí)計(jì)算離子濃度，經(jīng)IEEE802．15．4收發(fā)片上系統(tǒng)CC2430，將離子濃度值發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理中心。為了提高信號(hào)整定單元的性能，減少溫度漂移，取消高輸入阻抗運(yùn)算放大器ICL7621和電壓溫度漂移補(bǔ)償電路，精簡(jiǎn)傳感器及其模擬前端的電路結(jié)構(gòu)，采用化學(xué)傳感器可配置模擬前

第12期周安然等:基于高階統(tǒng)計(jì)量濾波器的離子濃度信號(hào)測(cè)量123圖2HOSＲLS和ＲLS濾波器的信噪比比較圖3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)離子濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖端LMP91200，NIOSII處理器經(jīng)SPI總線，配置離子電極的共模電壓、對(duì)溫度補(bǔ)償傳感器的電流源編程配置、選擇標(biāo)定/測(cè)試模式等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)離子濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)在1．68、4．01、6．86、7．00和10．00等不同pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液、25℃標(biāo)定實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)量并計(jì)算其絕對(duì)誤差和獨(dú)立線性度，其結(jié)果見表1�？煽闯�，加入HOSＲLS濾波器模塊之后，離子濃度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的線性度有明顯提高。表1絕對(duì)誤差和線性度測(cè)試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液pH值絕對(duì)誤差獨(dú)立線性度/%1．680．0200．144．010．0100．076．86007．000010．000．0200．144結(jié)論在文中采用基于四階累積量的均方誤差準(zhǔn)則來設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器，用于離子敏傳感器來測(cè)量溶液中氫離子濃度。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高階統(tǒng)計(jì)量自適應(yīng)濾波器方法比低階自適應(yīng)濾波器方法在氫離子濃度的測(cè)量上，極大地提高了信噪比，濾波效果明顯優(yōu)于低階自適應(yīng)濾波器，收斂速度更快，這也驗(yàn)證了高階統(tǒng)計(jì)量能有效地抑制高斯噪聲和非高斯噪聲。參考文獻(xiàn):［1］查全性．電極過程動(dòng)力學(xué)導(dǎo)論．3版北京:科學(xué)出版社，2002．［2］李芬．鋅空氣電池之氣體擴(kuò)散電極性能研究:［學(xué)位論文］．合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2010．［3］黃運(yùn)生，毛先柏，陳學(xué)．基于微控制器的智能鈷離子濃度分析儀．儀表技術(shù)與傳感器，2005(10):6－8．［4］楊光永．KA0324A離子濃度計(jì)的研究與設(shè)計(jì):［學(xué)位論文］．昆明:昆明理工大學(xué)，2005．［5］馬鈺華．金屬離子選擇性電極的研究及應(yīng)用:［學(xué)位論文］．重慶:西南大學(xué)，，2010．［6］黃勤，周婷，劉益良，等．高共模抑制比腦電放大電路設(shè)計(jì)．儀器儀表與檢測(cè)技術(shù)，2009，2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2554779