热分析仪采集信号中野值剔除方法的改进

　　1　问题的提出

　　热分析仪在实时数据采集过程中,由于现场的各种复杂情况通常使采集到的数据为噪声所淹盖,在进行基于虚拟仪器的热分析仪的系统设计中,如何将虚拟仪器采集信号中噪声信号滤除,提高测试及图像分析的精度,是热分析仪器性能好坏的关键问题。为了解决采集信号中噪声引起的畸变数据影响,在前期的研究中,我们设计了一种横向对比法,用于现场采集信号中野值的剔除。根据“输入空间的有限变化只能引起输出空间的有限变化”[1]原理,由实际生产经验获得对应输入变量的变化所能引起的输出量的变化范围,确定合适的δxi与δy。若对应的xi都落在δxi内,则认为变量yi不会发生超过δy的变化,若超过了δy,即大于某一阈值Δ,则认为该数据为野值,要进行剔除。

　　数据剔除后,如果不进行修补,则会产生对应点数据的缺失,出现显示图形的断裂,影响图形的光洁度,从而也造成分析上的非连续。所以对剔除点进行补点也是非常重要的。

　　2　数据横向对比法的不足

　　采用横向对比法进行野值剔除,并用修正值替代失真值的处理分为两个环节:一是用实测两点差值的绝对值作为判断依据,如果差值大于某一阈值,则认为是负荷毛刺,数据错误,剔除,循环查找,直至没有失真点,跳出循环;二是采用最小逼近法解决补点问题,发现失真点后,用剔点前一点所对应的数值作为修正值代替失真点,详见文献[2]。在图1中给出了消除噪声影响的流程图。

　　经过上述方法的应用,解决了瞬时干扰产生的负载毛刺,整条曲线不会因为漏值而产生曲线断裂,在分析热性能的整体趋势时,该方法有较好的应用效果。但当遇到非瞬时干扰或相邻两次以上瞬时干扰相隔很近的情况时,这种方法将可能引起局部波形的削波甚至波形丢失,产生数据的较大修正误差,图2为采用横向对比法造成波形缺失的示意图。

　　假设对应x的变化δx引起F(x)变化的阈值为Δ,对图2所示检测信号,当分别在xi,xi+1处叠加有瞬时噪声信号时,用横向比较法对图进行处理:

　　这样,在AB段曲线之间存在的波形变化被如上的剔除给削掉了,产生了波形的失真。严重时会产生连续几个波峰或波谷被削掉。

　　3方法改进及对比分析

　　在精细研究材料受热过程中存在的微幅变化性质时,采用简单的横向比较无法满足分析的要求。为此,我们设计了消除噪声影响的改进方法,图3为这种改进方法的程序框图。当出现一点的测量值超过确定的阈值范围时,先判断当前测点是否为测量末端点,如果是,将前一测点值赋给当前点,如果不是,则进一步,判断对应下一测点对当前点测量值的变化趋势,并在变化趋势方向增加一个确定的阈值后,赋给当前点。