实时数字滤波器模式选择以及作用和原理

用来实时地过滤被测量的信号的实时数字滤波器，用户可以自定义；滤波器特性以满足特殊的应用的需求。

实时数字滤波器应用于数据调节阶段。

滤波器模式选择是通过图形化的设计工具来进行设置的，然后上传到设备以供实时计算。

在这个图形化设计工具中，滤波器纵轴以dB为单位，横轴为相应频率。

例如，用户可能需要查看一个特定频率带宽内的能量分布，而不是整个频谱。

这可以通过创建带通滤波器然后将RMS算子应用于滤波器的输出来完成。

下图显示了用于在EDM软件中定义实时过滤器的流程图。

左侧的图标CH1表示需要被测量的原始时域信号。

它连接到一个IIR滤波器，IIR滤波器计算一个名为iirfilter(ch1)的信号，该信号再连接到RMS算子。

RMS算子的输出rms(iirfilter(ch1))的信号。

实时数字滤波器包括三种类型的数字滤波器：有限脉冲响应滤波器（FIR），无限脉冲响应滤波器（IIR），抽取滤波器。

对于FIR和IIR滤波器，你可通过多种方式指定为：低通，高通，带通或者带阻滤波器。

本章首先解释了一些滤波器的设计理论，然后介绍EDM软件和Spider设备中的滤波器操作。

滤波器设计的目标是根据用户指定的标准计算一系列滤波器系数。

这些标准通常由以下变量描述：
滤波器系数的数量：这也被称为过滤器的阶次。

过滤器的阶次决定了需要用多少系数是来定义滤波器。

滤波器阶次越低，包含的系数越少。

但是它的响应却比高阶次的快，因此滤波器的输入和输出之间的时间滞后更少。

截止频率：对于低通或者高通滤波器，只需要一个截止频率。

带通或者带阻
滤波器则需要两个截止频率来定义滤波器。

图2显示了典型的带通滤波器设置，其中两个截止频率设置为约0.1和0.4Hz。

阻带衰减：这个规范定义了多少输入信号在阻断的频率范围内会被截断。

理论上来说，衰减越高，过滤得效果越好。

在图2中，低于0.25Hz的最大带阻衰减大于40dB。

通带波纹：这是数字滤波器中一个不可避免的特性。

它指的是过渡频率外的滤波形状的波动。

如果需要一个非常平坦的滤波器，那就可以选择一个比较低的带通波纹。

图2中，在带阻的区域可以看到波纹，但是在带通的区域看不到波纹。

理想情况下，通带应该是非常平坦的，在阻带的地方可以有波纹。

过渡频带宽度：这指的是通带和阻带区域之间的过滤器波形。

理想情况下，这个过渡频带应该是非常小的。

但是，一个很窄的过渡频带需要一个更高阶的过滤器，它影响了过滤器的响应时间，也可能会影响波纹。

在图2中，过滤频带是0.05至0.1和0.4至0.45。

大多数情况下，不同滤波器作用是不同，滤波器设计包括最小化滤波器的阶数，波纹，过渡频带宽度，和响应时间之间作出权衡。

不是所有条件都可以同时满足。

过滤器设计可以是一个反复的过程，不同滤波器模式的选择经验是有
帮助的。

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