基于FPGA的硅压阻式传感器温度补偿算法与自适应陷波滤波器设计

本文主要探讨了在传感器信号采集领域中，利用硅压阻式压力传感器和FPGA技术实现的温度补偿算法，以及相关的自适应滤波器设计。硅压阻式传感器是一种常见的压力测量设备，其输出信号需要经过处理才能准确反映实际的压力值，而温度变化会影响传感器的精度，因此需要进行温度补偿。 在设计平台方面，文章介绍了一个基于FPGA的自适应陷波滤波器硬件结构，如图2-8所示。这个设计包括四个核心模块：传感器信号采集、FPGA芯片、数字信号处理接口和电源模块。传感器采集部分通常采用陶瓷振动传感器或声学传感器，将振动或声学信号转化为模拟电压，然后通过AD转换器转化为数字信号。FPGA作为数字信号处理的核心，利用其并行处理能力和灵活的硬件编程特性，实现了高效的数据处理和自适应滤波功能。 自适应滤波器的设计是研究热点，因为它可以根据输入信号的变化动态调整滤波器参数，提高滤波效果。作者首先通过Matlab进行仿真分析，验证滤波器的基本结构和运算特性。接着，使用Altera Cyclone IV系列FPGA芯片进行实际开发板设计，采用模块化的方法，构建可重复调用的串行FIR滤波模块和LMS权值更新模块。通过对比不同模块组合（如16阶、32阶和64阶）的并行和串行设计，结果显示并行设计显著提升了处理速度，同时降低了硬件资源消耗。 针对传统的自适应陷波滤波器滤波频率固定的局限，作者提出了频域变换法来检测噪声特征频率，使得陷波频率能根据噪声频率实时调整。此外，文中还引入了符号LMS自适应陷波器算法，通过Matlab仿真优化算法性能，实现了根据噪声频率自动调节陷波中心频率的功能。这种方法提高了滤波器的适应性和准确性，有效地滤除了噪声信号，从而确保了传感器信号的精确测量。 总结来说，本文深入研究了硅压阻式压力传感器信号采集中的温度补偿问题，并通过FPGA实现的自适应陷波滤波器技术，提供了有效的噪声抑制策略，提升了系统的稳定性和精度，为实际工业应用提供了有价值的解决方案。