一种传感器信号峰值检测方法
一种传感器信号峰值检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于信号处理领域，尤其涉及一种的传感器信号峰值检测方法。
【背景技术】
[0002]目前国内外检测大气颗粒物质量浓度的方法主要离线的滤膜称重法，以及在线的β射线法与微振荡天平法等。滤膜称重法是以恒速抽取定量体积的空气，对颗粒物进行粒径筛选后，使空气中选定粒径段的颗粒物被截留于滤膜上，用天平称量采样前后滤膜的重量，根据其差值与采样体积，计算出颗粒物质量浓度。滤膜称重法是目前国际公认的大气颗粒物质量浓度检测基准方法，其缺点是费时、费力、时效性差。β射线法将颗粒物收集到滤膜上，用β射线照射，根据射线穿过滤纸和颗粒物后的衰减量与采样体积算出颗粒物质量浓度;微振荡天平法将颗粒物截留于滤膜后，用微振荡天平称重，根据滤膜增重与采样体积算出颗粒物质量浓度。β射线法与微振荡天平法可实时、自动监测，缺点是生产成本高、设备体积大，不适用于室外流动测量及密集布点。
[0003]基于米氏散射理论的光散射颗粒物传感器由于成本低、功耗低、小型化、维护量少等优势，近来受到人们的青睐。此类传感器由光电检测器将单个颗粒的散射光能信号转化为一个电脉冲信号，该电脉冲信号的幅值反映了颗粒的粒径大小，只要使测量区内在任一瞬间仅有一个颗粒流过，根据脉冲信号的个数就可计算出颗粒的具体数量，信号的一个峰值代表一个颗粒物流过。然而，在对大气颗粒物的光散射电脉冲信号进行峰值检测时，由于电路、外界环境噪声干扰会导致信号波动或出现伪峰值的现象，此问题会导致颗粒计数发生较大偏差。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种传感器信号峰值检测方法，解决了环境噪声干扰会导致信号波动或出现伪峰值的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]本发明提供一种传感器信号峰值检测方法，包括:
[0008]S1，将传感器检测的原始信号进行带通滤波，得到滤波信号；
[0009]S2，对滤波信号进行求导，得到差分信号；
[0010]S3，对差分信号进行平滑处理，得到平滑信号；
[0011]S4，对平滑处理信号进行过零点检测，得到信号的初始峰值集合；
[0012]S5，对初始峰值集合进行约减，以去除伪峰值，从而得到最终峰值集合。
[0013](三)有益效果
[0014]本发明提出了一种鲁棒的传感器信号峰值检测方法，对于差分后的信号进行平滑处理，进一步抑制了噪声对信号带来的影响，提高了信号的质量，通过对邻近峰值进行合并，消除了伪峰值对峰值检测计数带来的影响，大大提高了检测精度，从而降低了误检率。本发明可应用于光散射传感器，用以检测大气颗粒物质量浓度。
【附图说明】
[0015]图1是本发明提供的传感器信号峰值检测方法的流程图。
[0016]图2是本发明实施例提供的信号滤波的流程图。
[0017]图3是本发明实施例提供的原始信号的示意图。
[0018]图4是本发明实施例提供的滤波信号的示意图。
[0019]图5是本发明实施例提供的检测到的初始峰值集合的示意图。
[0020]图6是本发明实施例提供的约减后的最终峰值集合的示意图。
【具体实施方式】
[0021]本发明提供一种用于大气颗粒物计数的信号峰值检测方法，首先将传感器检测的原始信号进行滤波，去除高频噪音，其次通过一阶差分对滤波后的信号求导，再次对差分后的信号进行平滑处理从而进一步消除噪声带来的影响，然后对平滑处理后的信号进行过零点监测获得初始峰值集合，最后对初始峰值集进行合并操作获得最终峰值集合。本发明抑制了噪声对信号带来的影响，提高了信号的质量，并消除了伪峰值对峰值检测计数带来的影响，大大提高了检测精度，从而降低了误检率。
[0022]根据本发明的一种实施方式，传感器信号峰值检测方法包括:
[0023]S1，将传感器检测的原始信号进行带通滤波，得到滤波信号；
[0024]S2，对滤波信号进行求导，得到差分信号；
[0025]S3，对差分信号进行平滑处理，得到平滑信号；
[0026]S4，对平滑处理信号进行过零点检测，得到信号的初始峰值集合；
[0027]S5，对初始峰值集合进行约减，以去除伪峰值，从而得到最终峰值集合。
[0028]根据本发明的一种实施方式，步骤S1包括:
[0029]S11，对原始信号进行傅里叶变换，得到频域信号；
[0030]S12，将所述频域信号与一带通截断信号相乘，得到频域截断信号；
[0031]S13，将所述频域截断信号进行逆傅里叶变换，得到带通滤波后的滤波信号。
[0032]根据本发明的一种实施方式，步骤S2包括，通过一阶差分对滤波信号求导，得到差分信号d(t):
[0033]d(t) =x, (t)-x, (t_n)，
[0034]其中，t表示时间，Y(t)为滤波信号，n为差分时间间隔。
[0035]根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，对差分信号进行平滑处理的公式为:
[0036]s(t)=[d(t)+d(t_l)+d(t-2)+."+d(t_m)]/m，
[0037]其中，s(t)为平滑信号，m为平滑时间间隔。
[0038]根据本发明的一种实施方式，步骤S4包括，将平滑信号s(t)与一阈值α进行比较，如果s(t)〈a，则确定该平滑信号s(t)在t时刻为过零点信号，将所有过零点信号组成初始峰值集合。
[0039]根据本发明的一种实施方式，步骤S5包括，在初始峰值集合中，将连续的多个过零点信号进行合并，得到相应的合并信号s(to)，其中，s(tk)表示tk时刻的过零点信号，k为连续的多个过零点信号的个数，tKt2〈...〈^，并且仏^^队^为一时间阈值，将所有合并信号及未合并的过零点信号组成最终峰值集合。
[0040]根据本发明的一种实施方式，合并信号s(to)的表达式为:
[0041]s(to) = [s(ti)+s(t2) +...+s(tk)]/k，且，to=(ti+t2+...+tk)/k。
[0042]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0043]本发明实施例将信号峰值检测方法应用于大气颗粒物光散射传感器，根据峰值的幅值可确定大气颗粒物的粒径大小，根据峰值的个数确定大气颗粒物的个数，从而确定出大气颗粒物质量浓度。如图1所示，光散射传感器的信号峰值检测方法包括:
[0044]S1，如图2所示，对原始信号进行傅里叶变换，得到频域信号，将频域信号与一带通截断信号相乘，得到频域截断信号，将频域截断信号进行逆傅里叶变换，得到带通滤波后的滤波信号，其中，原始信号如图3所示，信号中有各种噪音及伪峰值，通过滤波后的滤波信号如图4所示；
[0045]S2，通过一阶差分对滤波信号求导，得到差分信号d(t):
[0046]d(t) =x, (t)-x, (t_n)，
[0047]其中，t表示时间，V(t)为滤波信号，n为差分时间间隔；
[0048]S3，对差分信号进行平滑处理，得到平滑信号s(t)，其中:s(t) = [d(t)+d(t-1)+d(t_2)+...+(! (t_m) ]/m，m 为平滑时间间隔。
[0049]S4，将平滑信号s(t)与一阈值α进行比较，如果s(t)〈a，则确定该平滑信号s(t)在t时刻为过零点信号，将所有过零点信号组成初始峰值集合，如图5所示；
[0050]S5，如图6所示，在初始峰值集合中，将连续的多个过零点信号sUiWb)...s(tk)进行合并，得到相应的合并信号s(to)，如图6所示，将图5中左侧的两个过零点信号合并为一个合并信号，将右侧的三个过零点信号合并为另一个合并信号，其中，s(tk)表示tk时刻的过零点信号，k为连续的多个过零点信号的个数，tKt2〈...〈^，并且仏^^队^为一时间阈值，将所有合并信号及未合并的过零点信号组成最终峰值集合，其中，合并信号s(to)的表达式为:
[0051]8αο)=[8(ω+8α2)+...+8(ω]Λ，即将多个过零点信号幅值进行平均，且，t0=(tl+t2+...+tk)/k，即将多个过零点信号的时刻值进行平均。
[0052]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种传感器信号峰值检测方法，其特征在于，包括: S1，将传感器检测的原始信号进行带通滤波，得到滤波信号； S2，对所述滤波信号进行求导，得到差分信号； S3，对所述差分信号进行平滑处理，得到平滑信号； S4，对所述平滑处理信号进行过零点检测，得到信号的初始峰值集合； S5，对所述初始峰值集合进行约减，以去除伪峰值，从而得到最终峰值集合。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括: S11，对原始信号进行傅里叶变换，得到频域信号； S12，将所述频域信号与一带通截断信号相乘，得到频域截断信号； S13，将所述频域截断信号进行逆傅里叶变换，得到带通滤波后的滤波信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括，通过一阶差分对所述滤波信号求导，得到差分信号d(t):d(t) =x7 (t)-x7 (t_n)， 其中，t表示时间，Y (t)为滤波信号，η为差分时间间隔。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，对所述差分信号进行平滑处理的公式为: s(t)=[d(t)+d(t-l)+d(t-2)+---+d(t-m)]/m， 其中，s (t)为平滑信号，m为平滑时间间隔。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括，将所述平滑信号s(t)与一阈值α进行比较，如果s(t)〈a，则确定该平滑信号s(t)在t时刻为过零点信号，将所有过零点信号组成初始峰值集合。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S5包括，在所述初始峰值集合中，将连续的多个过零点信号进行合并，得到相应的合并信号S(tQ)，其中，8(^)表示^时刻的过零点信号々为连续的多个过零点信号的个数，^〈^〈...〈^，并且为一时间阈值，将所有合并信号及未合并的过零点信号组成最终峰值集合。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述合并信号s(to)的表达式为:s(to) = [S(tl)+S(t2) +...+S(tk)]/k，且，to=(ti+t2+...+tk)/ko
【专利摘要】本发明公开了一种用于大气颗粒物计数的信号峰值检测方法，首先将传感器检测的原始信号进行滤波，去除高频噪音，其次通过一阶差分对滤波后的信号求导，再次对差分后的信号进行平滑处理从而进一步消除噪声带来的影响，然后对平滑处理后的信号进行过零点监测获得初始峰值集合，最后对初始峰值集进行合并操作获得最终峰值集合。本发明抑制了噪声对信号带来的影响，提高了信号的质量，并消除了伪峰值对峰值检测计数带来的影响，降低了误检率，并且具有很好的鲁棒性。
【IPC分类】G06T5/00, G06T7/00
【公开号】CN105488772
【申请号】CN201610052307
【发明人】张大伟, 陈添, 刘保献, 王莉华, 安欣欣, 姜南
【申请人】北京市环境保护监测中心
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月26日
【技术领域】
[0001]本发明属于信号处理领域，尤其涉及一种的传感器信号峰值检测方法。
【背景技术】
[0002]目前国内外检测大气颗粒物质量浓度的方法主要离线的滤膜称重法，以及在线的β射线法与微振荡天平法等。滤膜称重法是以恒速抽取定量体积的空气，对颗粒物进行粒径筛选后，使空气中选定粒径段的颗粒物被截留于滤膜上，用天平称量采样前后滤膜的重量，根据其差值与采样体积，计算出颗粒物质量浓度。滤膜称重法是目前国际公认的大气颗粒物质量浓度检测基准方法，其缺点是费时、费力、时效性差。β射线法将颗粒物收集到滤膜上，用β射线照射，根据射线穿过滤纸和颗粒物后的衰减量与采样体积算出颗粒物质量浓度;微振荡天平法将颗粒物截留于滤膜后，用微振荡天平称重，根据滤膜增重与采样体积算出颗粒物质量浓度。β射线法与微振荡天平法可实时、自动监测，缺点是生产成本高、设备体积大，不适用于室外流动测量及密集布点。
[0003]基于米氏散射理论的光散射颗粒物传感器由于成本低、功耗低、小型化、维护量少等优势，近来受到人们的青睐。此类传感器由光电检测器将单个颗粒的散射光能信号转化为一个电脉冲信号，该电脉冲信号的幅值反映了颗粒的粒径大小，只要使测量区内在任一瞬间仅有一个颗粒流过，根据脉冲信号的个数就可计算出颗粒的具体数量，信号的一个峰值代表一个颗粒物流过。然而，在对大气颗粒物的光散射电脉冲信号进行峰值检测时，由于电路、外界环境噪声干扰会导致信号波动或出现伪峰值的现象，此问题会导致颗粒计数发生较大偏差。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种传感器信号峰值检测方法，解决了环境噪声干扰会导致信号波动或出现伪峰值的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]本发明提供一种传感器信号峰值检测方法，包括:
[0008]S1，将传感器检测的原始信号进行带通滤波，得到滤波信号；
[0009]S2，对滤波信号进行求导，得到差分信号；
[0010]S3，对差分信号进行平滑处理，得到平滑信号；
[0011]S4，对平滑处理信号进行过零点检测，得到信号的初始峰值集合；
[0012]S5，对初始峰值集合进行约减，以去除伪峰值，从而得到最终峰值集合。
[0013](三)有益效果
[0014]本发明提出了一种鲁棒的传感器信号峰值检测方法，对于差分后的信号进行平滑处理，进一步抑制了噪声对信号带来的影响，提高了信号的质量，通过对邻近峰值进行合并，消除了伪峰值对峰值检测计数带来的影响，大大提高了检测精度，从而降低了误检率。本发明可应用于光散射传感器，用以检测大气颗粒物质量浓度。
【附图说明】
[0015]图1是本发明提供的传感器信号峰值检测方法的流程图。
[0016]图2是本发明实施例提供的信号滤波的流程图。
[0017]图3是本发明实施例提供的原始信号的示意图。
[0018]图4是本发明实施例提供的滤波信号的示意图。
[0019]图5是本发明实施例提供的检测到的初始峰值集合的示意图。
[0020]图6是本发明实施例提供的约减后的最终峰值集合的示意图。
【具体实施方式】
[0021]本发明提供一种用于大气颗粒物计数的信号峰值检测方法，首先将传感器检测的原始信号进行滤波，去除高频噪音，其次通过一阶差分对滤波后的信号求导，再次对差分后的信号进行平滑处理从而进一步消除噪声带来的影响，然后对平滑处理后的信号进行过零点监测获得初始峰值集合，最后对初始峰值集进行合并操作获得最终峰值集合。本发明抑制了噪声对信号带来的影响，提高了信号的质量，并消除了伪峰值对峰值检测计数带来的影响，大大提高了检测精度，从而降低了误检率。
[0022]根据本发明的一种实施方式，传感器信号峰值检测方法包括:
[0023]S1，将传感器检测的原始信号进行带通滤波，得到滤波信号；
[0024]S2，对滤波信号进行求导，得到差分信号；
[0025]S3，对差分信号进行平滑处理，得到平滑信号；
[0026]S4，对平滑处理信号进行过零点检测，得到信号的初始峰值集合；
[0027]S5，对初始峰值集合进行约减，以去除伪峰值，从而得到最终峰值集合。
[0028]根据本发明的一种实施方式，步骤S1包括:
[0029]S11，对原始信号进行傅里叶变换，得到频域信号；
[0030]S12，将所述频域信号与一带通截断信号相乘，得到频域截断信号；
[0031]S13，将所述频域截断信号进行逆傅里叶变换，得到带通滤波后的滤波信号。
[0032]根据本发明的一种实施方式，步骤S2包括，通过一阶差分对滤波信号求导，得到差分信号d(t):
[0033]d(t) =x, (t)-x, (t_n)，
[0034]其中，t表示时间，Y(t)为滤波信号，n为差分时间间隔。
[0035]根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，对差分信号进行平滑处理的公式为:
[0036]s(t)=[d(t)+d(t_l)+d(t-2)+."+d(t_m)]/m，
[0037]其中，s(t)为平滑信号，m为平滑时间间隔。
[0038]根据本发明的一种实施方式，步骤S4包括，将平滑信号s(t)与一阈值α进行比较，如果s(t)〈a，则确定该平滑信号s(t)在t时刻为过零点信号，将所有过零点信号组成初始峰值集合。
[0039]根据本发明的一种实施方式，步骤S5包括，在初始峰值集合中，将连续的多个过零点信号进行合并，得到相应的合并信号s(to)，其中，s(tk)表示tk时刻的过零点信号，k为连续的多个过零点信号的个数，tKt2〈...〈^，并且仏^^队^为一时间阈值，将所有合并信号及未合并的过零点信号组成最终峰值集合。
[0040]根据本发明的一种实施方式，合并信号s(to)的表达式为:
[0041]s(to) = [s(ti)+s(t2) +...+s(tk)]/k，且，to=(ti+t2+...+tk)/k。
[0042]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0043]本发明实施例将信号峰值检测方法应用于大气颗粒物光散射传感器，根据峰值的幅值可确定大气颗粒物的粒径大小，根据峰值的个数确定大气颗粒物的个数，从而确定出大气颗粒物质量浓度。如图1所示，光散射传感器的信号峰值检测方法包括:
[0044]S1，如图2所示，对原始信号进行傅里叶变换，得到频域信号，将频域信号与一带通截断信号相乘，得到频域截断信号，将频域截断信号进行逆傅里叶变换，得到带通滤波后的滤波信号，其中，原始信号如图3所示，信号中有各种噪音及伪峰值，通过滤波后的滤波信号如图4所示；
[0045]S2，通过一阶差分对滤波信号求导，得到差分信号d(t):
[0046]d(t) =x, (t)-x, (t_n)，
[0047]其中，t表示时间，V(t)为滤波信号，n为差分时间间隔；
[0048]S3，对差分信号进行平滑处理，得到平滑信号s(t)，其中:s(t) = [d(t)+d(t-1)+d(t_2)+...+(! (t_m) ]/m，m 为平滑时间间隔。
[0049]S4，将平滑信号s(t)与一阈值α进行比较，如果s(t)〈a，则确定该平滑信号s(t)在t时刻为过零点信号，将所有过零点信号组成初始峰值集合，如图5所示；
[0050]S5，如图6所示，在初始峰值集合中，将连续的多个过零点信号sUiWb)...s(tk)进行合并，得到相应的合并信号s(to)，如图6所示，将图5中左侧的两个过零点信号合并为一个合并信号，将右侧的三个过零点信号合并为另一个合并信号，其中，s(tk)表示tk时刻的过零点信号，k为连续的多个过零点信号的个数，tKt2〈...〈^，并且仏^^队^为一时间阈值，将所有合并信号及未合并的过零点信号组成最终峰值集合，其中，合并信号s(to)的表达式为:
[0051]8αο)=[8(ω+8α2)+...+8(ω]Λ，即将多个过零点信号幅值进行平均，且，t0=(tl+t2+...+tk)/k，即将多个过零点信号的时刻值进行平均。
[0052]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种传感器信号峰值检测方法，其特征在于，包括: S1，将传感器检测的原始信号进行带通滤波，得到滤波信号； S2，对所述滤波信号进行求导，得到差分信号； S3，对所述差分信号进行平滑处理，得到平滑信号； S4，对所述平滑处理信号进行过零点检测，得到信号的初始峰值集合； S5，对所述初始峰值集合进行约减，以去除伪峰值，从而得到最终峰值集合。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括: S11，对原始信号进行傅里叶变换，得到频域信号； S12，将所述频域信号与一带通截断信号相乘，得到频域截断信号； S13，将所述频域截断信号进行逆傅里叶变换，得到带通滤波后的滤波信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括，通过一阶差分对所述滤波信号求导，得到差分信号d(t):d(t) =x7 (t)-x7 (t_n)， 其中，t表示时间，Y (t)为滤波信号，η为差分时间间隔。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，对所述差分信号进行平滑处理的公式为: s(t)=[d(t)+d(t-l)+d(t-2)+---+d(t-m)]/m， 其中，s (t)为平滑信号，m为平滑时间间隔。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括，将所述平滑信号s(t)与一阈值α进行比较，如果s(t)〈a，则确定该平滑信号s(t)在t时刻为过零点信号，将所有过零点信号组成初始峰值集合。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S5包括，在所述初始峰值集合中，将连续的多个过零点信号进行合并，得到相应的合并信号S(tQ)，其中，8(^)表示^时刻的过零点信号々为连续的多个过零点信号的个数，^〈^〈...〈^，并且为一时间阈值，将所有合并信号及未合并的过零点信号组成最终峰值集合。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述合并信号s(to)的表达式为:s(to) = [S(tl)+S(t2) +...+S(tk)]/k，且，to=(ti+t2+...+tk)/ko
【专利摘要】本发明公开了一种用于大气颗粒物计数的信号峰值检测方法，首先将传感器检测的原始信号进行滤波，去除高频噪音，其次通过一阶差分对滤波后的信号求导，再次对差分后的信号进行平滑处理从而进一步消除噪声带来的影响，然后对平滑处理后的信号进行过零点监测获得初始峰值集合，最后对初始峰值集进行合并操作获得最终峰值集合。本发明抑制了噪声对信号带来的影响，提高了信号的质量，并消除了伪峰值对峰值检测计数带来的影响，降低了误检率，并且具有很好的鲁棒性。
【IPC分类】G06T5/00, G06T7/00
【公开号】CN105488772
【申请号】CN201610052307
【发明人】张大伟, 陈添, 刘保献, 王莉华, 安欣欣, 姜南
【申请人】北京市环境保护监测中心
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月26日
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