專利名稱：隨機噪聲信號的檢測和濾波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隨機噪聲信號檢測和濾波(filtering)方法；更具體地，本發(fā)明涉及隨 機噪聲信號檢測和濾波方法，其中在通過使用通用的模擬信號輸出的傳感器所測量的、 被分析的信號的分析結(jié)果超出預(yù)先確定的臨界值(critical value)的情況下，所述被分析的 信號被看作隨機信號并且被過濾，從而使得精確的監(jiān)測和狀態(tài)分析(condition analysis)成 為可能。
背景技術(shù)：
一般來說，根據(jù)傳感器在測量長度、重量、速度、加速度、溫度、壓力等方面 的用途，存在各種類型的傳感器。另外，借助于傳感器所測量的數(shù)據(jù)可以被用在目標(biāo)設(shè)備處的監(jiān)測和狀態(tài)分析 中，并且還可以被用在自動化工業(yè)性作業(yè)中以借助于被輸出的傳感器信號來實時地控制 其它系統(tǒng)。通常來說，大多數(shù)通過傳感器同時流入的噪聲信號具有規(guī)定的周期(prescribed cycle)；具有這種規(guī)定的周期的噪聲信號可以使用涉及經(jīng)典濾波方法的濾波器，諸如低通 濾波器、高通濾波器或者帶通濾波器。但是，取決于傳感器所使用的周圍環(huán)境，不具有 特定周期的噪聲信號的流入有時可能與具有規(guī)定周期的噪聲信號一起出現(xiàn)。如果特定的噪聲使在這種時候所測量的傳感器信號失真，那么不正確的判讀或 者控制可能被進行，這可能會引起有關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量或者生產(chǎn)率的問題。具體地，非常難以對不具有規(guī)定形式或者周期的噪聲信號使用處理方法，并且 為了處理這樣的信號需要無節(jié)制的時間量(inordinateamount oftime)；因此，它們在需要 實時控制的生產(chǎn)工作中更加成問題。圖1是相對于隨機信號與正常信號一起的流入每次采樣(persampling)的按小 時(per hour)的速度計算結(jié)果的圖表。參考圖1，隨機信號和正常信號之間的區(qū)分是 模糊的，并且可看出檢測不規(guī)則信號的困難。這些結(jié)果是高頻噪聲的結(jié)果，這樣的高 頻噪聲接受(accept)各種輸出傳感器信號，并且通過計算被接受的數(shù)據(jù)的均值(代表值 (representative value))，這樣的噪聲可以被消除。

發(fā)明內(nèi)容
因此，為了解決這些問題的目的而產(chǎn)生了本發(fā)明。隨機噪聲信號檢測和濾波方 法的目的是在利用傳感器的通用模擬信號輸出形式的時候通過在傳感器信號被測量時恰 當(dāng)?shù)剡^濾(filter)與傳感器信號一起流入的噪聲信號而得到所需的信號。根據(jù)本發(fā)明的隨機噪聲信號檢測和濾波方法的特征在于該方法包括以下步 驟計算當(dāng)前從傳感器被輸入的數(shù)據(jù)與被存儲在寄存器中的先前的數(shù)據(jù)相比較的差值 (difference value)(速度(speed))的步驟；將上述計算結(jié)果與臨界值相比較的步驟；進行 關(guān)于被比較的結(jié)果(thecompared results)是大于最大臨界值還是小于最小臨界值的比較的步驟；以及如果被比較的結(jié)果大于所述最大臨界值或者小于所述最小臨界值，所述結(jié)果 作為隨機信號被調(diào)整(regulated as a random signal)，并且用當(dāng)前的數(shù)據(jù)替換先前的數(shù)據(jù)的步驟。此外，根據(jù)本發(fā)明的隨機噪聲信號檢測和濾波方法的特征在于該方法包括以下 步驟計算當(dāng)前從傳感器被輸入的數(shù)據(jù)與被存儲在寄存器中的先前的數(shù)據(jù)相比較的差值 (速度)的步驟；將上述計算結(jié)果與臨界值相比較的步驟；進行關(guān)于被比較的結(jié)果是大于 最大臨界值還是小于最小臨界值的比較的步驟；如果被比較的結(jié)果大于所述最大臨界值 或者小于所述最小臨界值，上述信號是規(guī)定的(the above signal isprescribed)，上述步驟被 重復(fù)，根據(jù)所獲取的數(shù)據(jù)計算均值(mean value)并且將這個均值存儲在所述寄存器中的 步驟；以及將被存儲在所述寄存器中的均值作為下面的丨公式1丨的數(shù)據(jù)(N)的值輸入， 數(shù)據(jù)(1)在N個單元的數(shù)據(jù)的平均(average)再次被計算的同時被丟棄，這個平均取代先 前被存儲在專用存儲器(specific memory)或者緩沖器中的均值并且被用于下一次計算所 述速度的步驟。{公式1}均值={數(shù)據(jù)(1)+數(shù)據(jù)2+，....數(shù)據(jù)(N)}/N。此外，在所述計算當(dāng)前從傳感器被輸入的數(shù)據(jù)與被存儲在寄存器中的先前的數(shù) 據(jù)相比較的差值(速度)的步驟中，以被存儲在所述寄存器中的先前的數(shù)據(jù)的預(yù)先確定的 頻率使用當(dāng)前從所述傳感器被輸入的數(shù)據(jù)的均值。另外，在所述進行關(guān)于被比較的結(jié)果是大于最大臨界值還是小于最小臨界值的 比較的步驟中，如果被比較的結(jié)果大于所述最大臨界值或者小于所述最小臨界值，當(dāng)前 輸入的數(shù)據(jù)被先前的數(shù)據(jù)或者預(yù)先確定的數(shù)據(jù)取代。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的隨機噪聲信號檢測和濾波方法能夠得到以下效果首先，通過詳細的信號測量使得對目標(biāo)系統(tǒng)的精確的監(jiān)測和狀態(tài)分析成為可 能，并且可以減少故障/錯誤來提高產(chǎn)品生產(chǎn)率和質(zhì)量。第二，可以通過方法的簡化來減少濾波所需要的計算時間；因此，所述方 法可以被應(yīng)用于需要實時控制的地方，諸如對于FPD或者用于檢驗半導(dǎo)體的設(shè)備 (equipment)。第三，在將這樣的方法應(yīng)用于實時控制時，可以防止由于隨機噪聲信號所引起 的設(shè)備故障和錯誤，并且可以提高產(chǎn)品生產(chǎn)率。


圖1是相對于隨機信號和正常信號一起的流入每次采樣的小時間隔(hourly interval)的速度計算結(jié)果的圖表。圖2是描繪根據(jù)本發(fā)明的隨機信號檢測過程的流程圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明計算速度的結(jié)果的圖表，其中計算10個單元的數(shù)據(jù)的平均的 結(jié)果被用于檢測隨機信號。圖4是根據(jù)本發(fā)明檢測和過濾隨機信號的結(jié)果的圖表。
具體實施例方式下面，通過參考附圖更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的隨機噪聲信號檢測和濾波方法。在說明本發(fā)明時，在對相關(guān)的公開可用的技術(shù)或者結(jié)構(gòu)(composition)的專門說明 被認為有可能使本發(fā)明的內(nèi)容成為多余的地方，對這樣的內(nèi)容的詳細說明被省略。另 外，在此所提及的術(shù)語已是考慮到本發(fā)明的功能所定義的；所以，它們可能根據(jù)客戶、 操作者或者用戶的目的而不同。因此，所述定義必須基于涉及本發(fā)明的一般細節(jié)(general details)。圖2是描繪根據(jù)本發(fā)明的隨機信號檢測過程的流程圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明計算用 于檢測隨機信號的差值的結(jié)果的圖表，以及圖4是根據(jù)本發(fā)明過濾隨機信號的結(jié)果的圖表。當(dāng)通過參考圖2至圖4來說明根據(jù)本發(fā)明的隨機信號檢測過程的時候，在隨機噪 聲信號被包含在傳感器的模擬輸出形式的輸出中的情況下，本發(fā)明的方法涉及檢測并且 消除這樣的隨機信號?？偟膩碚f，隨機信號不具有規(guī)定周期(音頻頻率)或者大小(振幅)。因此， 這樣的隨機信號用常規(guī)的濾波方法是無法檢測的。通常，這樣的隨機信號以突發(fā)的振動 (hunting)(間歇振蕩(popping))信號的形式出現(xiàn)，并且這樣的振動信號(hunting signal)與 正常地被輸入的信號相比具有更陡峭(rapid)的斜率(slope)和大小(size)。舉例來說，這意味著當(dāng)前被輸入的信號與在過去被輸入的信號相比突然地更大 或者更小。因此，如根據(jù)本發(fā)明的隨機信號檢測過程所提出的，在當(dāng)前被輸入的信號和 在過去被輸入的信號之間的差(速度)被計算并且這個計算得到的值大于預(yù)先確定的臨 界值的情況下，當(dāng)前被輸入的信號被忽略不計(ignore)并且下一個信號的輸入再次被接 收。但是，在大量高頻噪聲信號的流入正在發(fā)生的環(huán)境中，在正常信號和隨機信號 之間這樣的速度波動率(speed fluctuation rate)沒有較大的差異。因此，為了應(yīng)用本發(fā)明 的方法，相對于在過去被輸入的信號對高頻噪聲的處理必須預(yù)先地發(fā)生以便計算速度。 對于高頻噪聲，通過使用丨公式1丨對兩個或多個被測量的信號求平均來產(chǎn)生解決方案 (produce the solution)。這樣計算得到的均值(代表值)被存儲在專用存儲器或者緩沖器中并且被用于表 示過去的信號(past signal)。舉例來說，在一個單元的數(shù)據(jù)(one unit of data)被接收之后，讀取先前已被計算 并且被存儲的均值并且如在{公式2丨中所記錄的那樣計算兩個單元的數(shù)據(jù)之間的差，從 而計算速度。{公式2}速度=(數(shù)據(jù)(N)-均值)/采樣時間應(yīng)用上述濾波方法的結(jié)果在圖4中被示出。在應(yīng)用所述濾波方法之前以及在預(yù) 先計算速度值之后，可以看到在建立恰當(dāng)?shù)乃俣热菹?margin)(例如7mm/S)之后應(yīng)用所 述濾波方法的結(jié)果，只有宏觀的(macroscopic)傳感器計算信號剩余并且瞬間捕獲的信號 (momentaryhunted signal)全都被過濾。應(yīng)用上述濾波方法的結(jié)果在圖4中被示出。在該圖中，在應(yīng)用濾波方法之前 以及在預(yù)先計算速度值之后的結(jié)果，在建立恰當(dāng)?shù)乃俣热菹?例如7mm/S)之后應(yīng)用所 述濾波方法，以及在其中只有計算得到的宏觀傳感器信號剩余并且瞬時被捕獲的信號 (instantaneously huntedsignal)全都被過濾的濾波的結(jié)果全都可以被觀察到。
剩余的經(jīng)過濾的信號(filtered signal)作為{公式1}的數(shù)據(jù)(N)的值被輸入，數(shù) 據(jù)(1)被排除，并且N個數(shù)據(jù)的平均再次被計算，這個平均被用于取代先前被存儲在專用 存儲器或者緩沖器中的均值，并且被用于下一次計算速度。此處，在隨機信號被包含在傳感器的模擬形式的輸出中的情況下，通過參考如 在圖2中所描繪的描述根據(jù)本發(fā)明的隨機信號檢測過程的流程圖，對檢測和去除這樣的 隨機信號的方法的詳細說明被提供。首先，如果從傳感器的模擬形式的輸出獲取一個新的單元的數(shù)據(jù)(one new unit of data)，則將這個單元的數(shù)據(jù)與先前已被記錄在寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)比較。隨后，將先前的數(shù)據(jù)從新數(shù)據(jù)中減去并且計算速度。因此，如果計算得到的速度超出臨界值，則新的數(shù)據(jù)被排除，再次從傳感器獲 取單個信號，并且重復(fù)先前的過程。在計算得到的速度不超過臨界值的情況下，在重復(fù)這個過程的同時計算均值。此后，以這種方式所計算的均值被存儲在寄存器中。因此，隨著這個過程被重 復(fù)，隨機信號通過這個過程全都被過濾。如先前就被過濾的以及被剩余的信號而言所描述的，這些作為{公式1丨的數(shù)據(jù) (N)的值被輸入，數(shù)據(jù)(1)在N個單元的數(shù)據(jù)的平均再次被計算的同時被丟棄，這個平均 取代先前被存儲在專用存儲器或者緩沖器中的均值并且被用于下一次計算速度。已經(jīng)基于優(yōu)選的實施例說明了如上所述的發(fā)明，但是這些實施例并非旨在限制 本發(fā)明，而是被用于示意的目的。因此，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，對上述實施例施加各 種改變、修正或者調(diào)整而不背離本發(fā)明的范圍是可能的。因此，本發(fā)明的保護范圍必須 被解釋為包括被包含在本發(fā)明的技術(shù)的實質(zhì)內(nèi)的改變、修正或者調(diào)整的所有例子。
權(quán)利要求
1.隨機噪聲信號檢測和濾波方法，其特征在于，所述方法包括計算當(dāng)前從傳感器被輸入的數(shù)據(jù)與被存儲在寄存器中的先前的數(shù)據(jù)相比較的差值 (速度)的步驟；將上述計算結(jié)果與臨界值相比較的步驟；進行關(guān)于被比較的結(jié)果是大于最大臨界值還是小于最小臨界值的比較的步驟；以及如果被比較的結(jié)果大于所述最大臨界值或者小于所述最小臨界值，所述結(jié)果作為隨 機信號被調(diào)整并且用當(dāng)前的數(shù)據(jù)替換先前的數(shù)據(jù)的步驟。
2.隨機噪聲信號檢測和濾波方法，其特征在于，所述方法包括計算當(dāng)前從傳感器被輸入的數(shù)據(jù)與被存儲在寄存器中的先前的數(shù)據(jù)相比較的差值 (速度)的步驟；將上述計算結(jié)果與臨界值相比較的步驟；進行關(guān)于被比較的結(jié)果是大于最大臨界值還是小于最小臨界值的比較的步驟；如果被比較的結(jié)果大于所述最大臨界值或者小于所述最小臨界值，上述信號是規(guī)定 的，上述步驟被重復(fù)，根據(jù)所獲取的數(shù)據(jù)計算均值并且將這個均值存儲在所述寄存器中 的步驟；以及將被存儲在所述寄存器中的均值作為下面的丨公式1丨的數(shù)據(jù)(N)的值輸入，數(shù)據(jù)(1) 在N個單元的數(shù)據(jù)的平均再次被計算的同時被丟棄，這個平均取代先前被存儲在專用存 儲器或者緩沖器中的均值并且被用于下一次計算所述速度的步驟，{公式1}均值={數(shù)據(jù)(1)+數(shù)據(jù)2+，....數(shù)據(jù)(N)}/N。
3.如權(quán)利要求1或2所述的隨機噪聲信號檢測和濾波方法，其中，在計算當(dāng)前從傳感 器被輸入的數(shù)據(jù)與被存儲在寄存器中的先前的數(shù)據(jù)相比較的差值(速度)的步驟中，以被 存儲在所述寄存器中的先前的數(shù)據(jù)的預(yù)先確定的頻率使用當(dāng)前從所述傳感器被輸入的數(shù) 據(jù)的均值。
4.如權(quán)利要求1或2所述的隨機噪聲信號檢測和濾波方法，其中，在計算當(dāng)前從傳感 器被輸入的數(shù)據(jù)與被存儲在寄存器中的先前的數(shù)據(jù)相比較的差值(速度)的步驟中，所述 速度代替被存儲在所述寄存器中的先前的數(shù)據(jù)作為預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)常數(shù)值被計算。
5.如權(quán)利要求1所述的隨機噪聲信號檢測和濾波方法，其中，在進行關(guān)于被比較的結(jié) 果是大于最大臨界值還是小于最小臨界值的比較的步驟中，如果被比較的結(jié)果大于所述 最大臨界值或者小于所述最小臨界值，當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù)被先前的數(shù)據(jù)取代。
6.如權(quán)利要求1所述的隨機噪聲信號檢測和濾波方法，其中，在進行關(guān)于被比較的結(jié) 果是大于最大臨界值還是小于最小臨界值的比較的步驟中，如果被比較的結(jié)果大于所述 最大臨界值或者小于所述最小臨界值，當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù)被所述預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)常數(shù)值取 代。
全文摘要
本發(fā)明涉及隨機噪聲信號檢測和濾波方法；更具體地，本發(fā)明涉及隨機噪聲信號檢測和濾波方法，其中在通過使用通用的模擬信號輸出的傳感器所測量的、被分析的信號的分析結(jié)果超出預(yù)先確定的臨界值的情況下，所述被分析的信號被看作隨機信號并且被過濾，從而使得精確的監(jiān)測和狀態(tài)分析成為可能。
文檔編號H03H7/01GK102025336SQ20101028906
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者高秉官 申請人:循環(huán)工程株式會社