基于ARM与有理数滤波的甲烷体积分数监测系统

从式(6)可以看出，显示值与测量次数n及落在可信度距离d内的xi的个数ξi有关，当有偶然跳动xi时，落在可信度距离d内的x个数就会减少，在显示值E(S)中比重下降会体现，这样就减少不可信数据的影响，实现了数据滤波的目的，同时在计算E(S)的过程中只需计算ξi的个数，算法简单有效。较好地解决了数据采集与处理中抗干扰性能和实时性的要求，达到了真实、快速地反映采集数据真实值的目的。

4 测试结果

在实际的采样数据滤波过程中，需要设定可信度距离d，而可信度距离d可根据对采样精度的要求、允许数据波动的范围和实际输出的要求来定。如传感器连续输出10次采样电压值，可信度距离取d=0．004，那么ξi和αi的值如表1所示。

运用未确知有理数数据滤波法，由未确知数期望显示采样结果为

系统的软件、硬件分别测试完成后，需要经过系统标定，然后才能用来测试测量。标定就是用一组标准的物理信号输入到测试系统，得出一组与之对应的输出电信号，然后通过数据处理，确定系统输出的电信号与输入物理信号之间的对应关系。这样就可以根据标定时得到的对应关系，将测量到的电信号数值转化成对应的物理信号数值。

统计CH4体积分数与电压值对应关系，建立拟合曲线。假设非线性特性曲线拟合方程的n次多项式为

对体积分数测试系统进行静态标定实验，获得一组体积分数值和与之对应的输出值，计算出待定常数α0～α6。将系数α0～α6存入内存，这样，以后在测试过程中就可以根据式(4)将传感器的输出值变换为体积分数值。拟合后函数参数为[α6～α0]=[-0.001 7，0．010 2，0．051 4，-0．652 2，2．483 2，-5．172 1，5．784 0]。如图6所示，为CH4体积分数和采集电压的拟合曲线图。

如图7所示为监控软件截取的CH4体积分数曲线图，系统测试精度能达到约5×106，经过滤波后数据比较平滑，由于气体的波动性较强，起伏仍然比较明显，但可以较好地满足甲烷监测的需要。

5 结束语

针对现有甲烷检测装置存在的检测范围窄、结构简单、检测速度慢等缺点，在研究嵌入式技术的基础上，设计了一种基于ARM处理核心的检测系统。采用锁相放大器来检测光学传感器的微弱信号，提高了测试精度，同时采用的有理数滤波技术提高了监测系统的可信度，基本能满足CH4气体监测的要求，可广泛应用于煤矿甲烷检测系统中。