Die Signalfilterung ist bei der Verarbeitung eingebetteter Sensordaten unerlässlich, um Störungen zu beseitigen und die Datengenauigkeit zu verbessern. Die richtige Berechnung der Filterparameter gewährleistet zuverlässige Sensormessungen und Systemleistung. In diesem Artikel werden die wichtigsten Schritte zur effektiven Bestimmung dieser Parameter erläutert.

Signalfilterung verstehen

Die Filterung besteht darin, ein Signal zu modifizieren, um gewünschte Komponenten hervorzuheben und unerwünschtes Rauschen zu unterdrücken. Übliche Filter umfassen Tiefpass-, Hochpass-, Bandpass- und Bandstoppfilter. Die Auswahl des richtigen Filters hängt von der Art der Sensordaten und den Rauscheigenschaften ab.

Bestimmung der Filter-Grenzfrequenzen

Die Grenzfrequenz definiert die Grenze, an der das Filter beginnt, das Signal zu dämpfen. Um dies zu berechnen, analysieren Sie das Frequenzspektrum der Sensordaten, um die dominanten Signal- und Rauschfrequenzen zu identifizieren. Die Grenzfrequenz sollte knapp über die höchste Frequenz des gewünschten Signals hinaus eingestellt werden, um wichtige Informationen zu erhalten und gleichzeitig das Rauschen zu reduzieren.

Berechnung der Filterreihenfolge und der Koeffizienten

Die Filterreihenfolge bestimmt die Steilheit des Filterabzugs, höhere Ordnungen sorgen für einen schärferen Cutoff, können jedoch Phasenverzerrungen verursachen, und verwenden Standardformeln oder Filterdesign-Tools, um die Reihenfolge und die Koeffizienten auf der Grundlage der gewünschten Cutoff-Frequenz und der Systembeschränkungen zu berechnen.

Beispiel: Low-Pass-Filterberechnung

Angenommen, die Sensordaten haben eine Abtastrate von 1000 Hz und die relevante Signalfrequenz liegt unter 50 Hz. Um einen Tiefpassfilter zu entwerfen, legen Sie die Grenzfrequenz auf etwa 60 Hz. Verwenden eines Butterworth-Filters der Ordnung 4, berechnen Sie die normierte Grenzfrequenz als 60/500 (Nyquist-Frequenz), was 0.12.