冲量式谷物流量传感器降噪处理方法研究
精细农业通过对农田各区域按需实施变量作业，大幅提高了农作物产量，成为现代农业的首要发展方向。谷物流量传感器是实践精细农业的核心内容之一，在各类测产装置中，冲量式传感器因其造价低廉、工作可靠等特点而成为研究热点。首先，通过对双梁式谷物流量传感器降噪算法进行研究，在此基础上分析信号处理算法对单梁式传感器降噪的可行性。其次，研究各降噪算法对于单梁式结构的具体实现思路。接着，通过对真实数据进行降噪仿真测试，并与双梁式结构的处理效果进行对比，分析各单梁式降噪算法的优劣性。最后，对单梁式降噪算法进行改良，对照完成度较高的双梁式算法，进一步验证单梁式降噪算法的可行性与实用性。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract. 1
Key words 1
引言 1
1 研究背景与意义 1
2 技术现状和需求分析 2
2.1 技术现状 2
2.2 需求分析 3
3 降噪算法理论研究 4
3.1 自适应对消算法 4
3.1.1 自适应对消算法介绍 4
3.1.2 自适应对消算法实现 4
3.2 FIR滤波算法 5
3.2.1 FIR滤波算法介绍 5
3.2.2 FIR滤波算法实现 5
3.3 EMD算法 5
3.3.1 EMD算法介绍 5
3.3.2 EMD算法实现 5
3.4 EEMD算法 6
3.4.1 EEMD算法介绍 6
3.4.2 EEMD算法实现 6
3.5小波变换算法 7
3.5.1小波变换算法介绍 7
3.5.2小波变换算法实现 7
4 Matlab仿真测试与分析对比 8
4.1 自适应对消算法仿真测试及数据分析 9
4.1.1 自适应对消算法仿真测试 9
4.1.2 自适应对消算法数据分析 9
4.2 FIR滤波算法仿真测试及数据分析 10
4.2.1 FIR滤波算法仿真测试 10
4.2.2 FIR滤波算法数据分析 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
0
4.3 EMD算法仿真测试及数据分析 11
4.3.1 EMD算法仿真测试 11
4.3.2 EMD算法数据分析 11
4.4 EEMD算法仿真测试及数据分析 12
4.4.1 EEMD算法仿真测试 12
4.4.2 EEMD算法数据分析 12
4.5 小波变换算法仿真测试及数据分析 13
4.5.1 小波变换算法仿真测试 13
4.5.2 小波变换算法数据分析 13
4.6 算法对比分析 14
5 算法改进及测试分析 15
5.1 算法改进思路 15
5.2 算法测试分析 15
5.2.1 算法改进测试 15
5.2.2 算法改进分析 17
6 总结与展望 18
6.1 总结 18
6.2 展望 18
致谢 18
参考文献 19
冲量式谷物流量传感器降噪处理方法研究
引言
引言
1 研究背景与意义
如今，精细农业的发展已经越来越离不开各类测产装置的辅助，而针对各种具体的测产装置，会有与之相适应的测量方法进行二次校正，这将进一步提高测量的精确度。当前国内外用于谷物流量测产的方法主要有射线法、光电容积法、称重法、冲量法等，但每种测量方法都存在着一些限制和不足。
采用简易冲击式载荷测量法，容易被机械振动所干扰，从而导致测量误差较大。运用射线法[2]测量粮食的总质量系数，由于机器造价昂贵，且存在一定的风险因素，在国内尚无应用推广条件。采用容积式光电测量法[3]测量谷仓里粮食的高度，会受到装置倾斜度、容器内粮食分布及粮食干湿度的影响，为确定真实质量，还需计算粮食的密度以消除水分干扰。称量法[4]在测产过程中所受的干扰小，所以称量精度相对较高，且有着稳定的测产性能，但由于装置本身结构过为复杂，限制了其测量时的综合效率。
冲量式谷物流量传感器[5]依据冲击理论进行设计，因而对环境干湿度不敏感，可以工作于各种复杂的作业环境，并且几乎没有潜在的环境污染，测产适应性较强。但其工作性能也容易受到其它背景噪声的干扰，在测产时的实时精确度有限。为了降低测量误差，尽可能提高测量精度，研究重点逐渐开始转移到传感器的降噪处理方法上。多种降噪结构[69]也随之产生，主要包括悬臂梁式、平行梁式、双板差分式、双平行梁式。
图1 双梁式流量传感器配置图
连接板 2.出粮口壳体 3.冲击梁传感器 4.冲击板 5.参考梁传感器 6.参考板
通过为冲量式谷物流量传感器的各类降噪结构设计对应的降噪方法，可以在很大程度上消除噪声对测量数据的精度干扰，获取更加准确稳定的数据值。近年来国内外学者对传感器降噪方法的研究已经日趋成熟，各种新的降噪方法以及多种对经典降噪方法的改良算法也相继产生。本次毕业设计基于对平行梁式双板差分结构算法的理论，进而研究各种信号处理算法对单梁式传感器的降噪处理效果。
2 技术现状和需求分析
2.1 技术现状
对于冲量式谷物流量传感器，近几年来已经通过对流量输出信号采用固定频段滤波、引入智能滤波算法等提高测量精度的方法进行了深入研究。
李新成[10]通过设计曲面冲击板和双板差分来减少机械振动的干扰，采用双阈值滤波提高测量精度，建立了总产量和总面积的数学模型，田间试验流量测产最大误差不超过8%，测产平均误差为3.27%。魏新华[11]采用冲量式双板信号差分剔除随机噪声，再由傅里叶变换提取背景噪声的频谱特性，对时阈差分信号进行离散傅里叶逆变换剔除振动噪声，室内模拟试验最大测产误差3.1%。
赵丽清[12]通过将作物定量称重与作业区域细分相结合的方法，降低机械振动带来的累积误差。刘碧贞[13]利用北斗双模定位系统进行测产定位和数据通信，实现收获机作业数据的远程传输和作业综合管理。而双平行梁结构[14]的谷物流量传感器基于最小二乘理论修正噪声信号，使其在最小均方意义下无限接近冲击梁的干扰噪声。
上述研究成果表明，使用双悬梁式结构或者双板差分法来测量谷物的流量，其精确度已经达到比较理想的程度，偏差值能基本控制在5%以内，故改进空间已经不大。但如果只使用双梁中的其中一个梁来对谷物流量进行测量，即通过用单梁结构进行测量，则可改进的空间还很多。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract. 1
Key words 1
引言 1
1 研究背景与意义 1
2 技术现状和需求分析 2
2.1 技术现状 2
2.2 需求分析 3
3 降噪算法理论研究 4
3.1 自适应对消算法 4
3.1.1 自适应对消算法介绍 4
3.1.2 自适应对消算法实现 4
3.2 FIR滤波算法 5
3.2.1 FIR滤波算法介绍 5
3.2.2 FIR滤波算法实现 5
3.3 EMD算法 5
3.3.1 EMD算法介绍 5
3.3.2 EMD算法实现 5
3.4 EEMD算法 6
3.4.1 EEMD算法介绍 6
3.4.2 EEMD算法实现 6
3.5小波变换算法 7
3.5.1小波变换算法介绍 7
3.5.2小波变换算法实现 7
4 Matlab仿真测试与分析对比 8
4.1 自适应对消算法仿真测试及数据分析 9
4.1.1 自适应对消算法仿真测试 9
4.1.2 自适应对消算法数据分析 9
4.2 FIR滤波算法仿真测试及数据分析 10
4.2.1 FIR滤波算法仿真测试 10
4.2.2 FIR滤波算法数据分析 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
0
4.3 EMD算法仿真测试及数据分析 11
4.3.1 EMD算法仿真测试 11
4.3.2 EMD算法数据分析 11
4.4 EEMD算法仿真测试及数据分析 12
4.4.1 EEMD算法仿真测试 12
4.4.2 EEMD算法数据分析 12
4.5 小波变换算法仿真测试及数据分析 13
4.5.1 小波变换算法仿真测试 13
4.5.2 小波变换算法数据分析 13
4.6 算法对比分析 14
5 算法改进及测试分析 15
5.1 算法改进思路 15
5.2 算法测试分析 15
5.2.1 算法改进测试 15
5.2.2 算法改进分析 17
6 总结与展望 18
6.1 总结 18
6.2 展望 18
致谢 18
参考文献 19
冲量式谷物流量传感器降噪处理方法研究
引言
引言
1 研究背景与意义
如今，精细农业的发展已经越来越离不开各类测产装置的辅助，而针对各种具体的测产装置，会有与之相适应的测量方法进行二次校正，这将进一步提高测量的精确度。当前国内外用于谷物流量测产的方法主要有射线法、光电容积法、称重法、冲量法等，但每种测量方法都存在着一些限制和不足。
采用简易冲击式载荷测量法，容易被机械振动所干扰，从而导致测量误差较大。运用射线法[2]测量粮食的总质量系数，由于机器造价昂贵，且存在一定的风险因素，在国内尚无应用推广条件。采用容积式光电测量法[3]测量谷仓里粮食的高度，会受到装置倾斜度、容器内粮食分布及粮食干湿度的影响，为确定真实质量，还需计算粮食的密度以消除水分干扰。称量法[4]在测产过程中所受的干扰小，所以称量精度相对较高，且有着稳定的测产性能，但由于装置本身结构过为复杂，限制了其测量时的综合效率。
冲量式谷物流量传感器[5]依据冲击理论进行设计，因而对环境干湿度不敏感，可以工作于各种复杂的作业环境，并且几乎没有潜在的环境污染，测产适应性较强。但其工作性能也容易受到其它背景噪声的干扰，在测产时的实时精确度有限。为了降低测量误差，尽可能提高测量精度，研究重点逐渐开始转移到传感器的降噪处理方法上。多种降噪结构[69]也随之产生，主要包括悬臂梁式、平行梁式、双板差分式、双平行梁式。
图1 双梁式流量传感器配置图
连接板 2.出粮口壳体 3.冲击梁传感器 4.冲击板 5.参考梁传感器 6.参考板
通过为冲量式谷物流量传感器的各类降噪结构设计对应的降噪方法，可以在很大程度上消除噪声对测量数据的精度干扰，获取更加准确稳定的数据值。近年来国内外学者对传感器降噪方法的研究已经日趋成熟，各种新的降噪方法以及多种对经典降噪方法的改良算法也相继产生。本次毕业设计基于对平行梁式双板差分结构算法的理论，进而研究各种信号处理算法对单梁式传感器的降噪处理效果。
2 技术现状和需求分析
2.1 技术现状
对于冲量式谷物流量传感器，近几年来已经通过对流量输出信号采用固定频段滤波、引入智能滤波算法等提高测量精度的方法进行了深入研究。
李新成[10]通过设计曲面冲击板和双板差分来减少机械振动的干扰，采用双阈值滤波提高测量精度，建立了总产量和总面积的数学模型，田间试验流量测产最大误差不超过8%，测产平均误差为3.27%。魏新华[11]采用冲量式双板信号差分剔除随机噪声，再由傅里叶变换提取背景噪声的频谱特性，对时阈差分信号进行离散傅里叶逆变换剔除振动噪声，室内模拟试验最大测产误差3.1%。
赵丽清[12]通过将作物定量称重与作业区域细分相结合的方法，降低机械振动带来的累积误差。刘碧贞[13]利用北斗双模定位系统进行测产定位和数据通信，实现收获机作业数据的远程传输和作业综合管理。而双平行梁结构[14]的谷物流量传感器基于最小二乘理论修正噪声信号，使其在最小均方意义下无限接近冲击梁的干扰噪声。
上述研究成果表明，使用双悬梁式结构或者双板差分法来测量谷物的流量，其精确度已经达到比较理想的程度，偏差值能基本控制在5%以内，故改进空间已经不大。但如果只使用双梁中的其中一个梁来对谷物流量进行测量，即通过用单梁结构进行测量，则可改进的空间还很多。
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