CN112461376A - 一种自适应红外传感器信号采样算法 - Google Patents

一种自适应红外传感器信号采样算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自适应红外传感器信号采样算法，包括如下步骤：步骤1、自适应数据采集；测量一个目标物体的温度时，红外传感器两PIN之间的电压的存在一个很短的稳定时间μ，在规定响应时间要求小于t1的情况下，至少在μ＜t＜t1时间内完成稳定且可靠的传感器电压数据采集；步骤2、采集数据的反馈调节，反馈调整和输出数据。本发明通过提高采样数据的有效性和稳定性，保证测温结果的可靠性和稳健性；通过动态调整采样数据的数量，在一定程度上优化计算资源。

Description

一种自适应红外传感器信号采样算法
技术领域
本发明涉及一种自适应红外传感器信号采样算法，属于传感器技术领域。
背景技术
目前，市场上基于红外传感器已经开发了很多测温产品，如工业领域用的工业测温计，消费类电子类产品耳温计和额温计。诸如此类的产品，不同厂商的测温响应时间都不一样。测温计在不同环境下测温的准确性、稳定性和测温的响应时间是影响用户体验的关键参数。这其中的关键就是测温计的算法，特别需要保证采样数据的的准确性和有效性。
红外传感器有个关键的特性就是红外芯片对应的两个PIN角之间的电压与芯片冷端和热端之间的温度的四次方的差值成正比，当这个差值越小，即环境温度接近于人体温度时，红外传感器输出的电压很小，信号经过放大后，会将噪声信号放大，很容易造成有用信号被淹没，此时采样得到的数据的有效性和稳定性会变差，从而影响最终产品的测温结果。因此，对红外传感器电压信号进行采样就需要充分考虑采样数据的有效性和稳定性。
同时，如何在不丢失信号中有用信息的前提下，减少采集数据量也是一个重要研究方向（[1]宋寿鹏,邵勇华,堵莹.采样方法研究综述[J].数据采集与处理,2016,31(03):452-463.）。减少采集数据量意味着减少算法计算时间，这对优化产品来说是非常有利的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自适应红外传感器信号采样算法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：一种自适应红外传感器信号采样算法，包括如下步骤：
步骤1、自适应数据采集；测量一个目标物体的温度时，红外传感器两PIN之间的电压的存在一个很短的稳定时间μ，在规定响应时间要求小于t1的情况下，至少在μ＜t＜t1时间内完成稳定且可靠的传感器电压数据采集；
步骤2、采集数据的反馈调节，反馈调整和输出数据。
作为本发明进一步的方案，步骤1具体方法如下：
1）假设当前环境温度为T1（通过红外传感器热敏电阻的阻值来推算），目标温度为T0（T0设定为一个具体的数值，如35.5-37之间任意数据即可），则设定一个比例系数k，k满足：
k=m·abs(T1-T0)；
其中abs()表示绝对值，m为一个固定的参数，可以根据实际情况进行调整，不唯一；当环境温度与目标温度相差较大的时候，即abs(T1-T0)较大，此时传感器电压信号较大，只需要采集较少的数据即可满足精度要求；当环境温度与目标温度相差较小的时候，即abs(T1-T0)较小，则需要采集更多的数据来满足精度要求。
k的作用在于可以动态调整采样频率和总采样时间。
2）设初始采样频率为f0，采样开始时间为t，初始总采样时间为t0，则
μ＜t＜t0；
t0＜t1-μ；
在不同温度环境下测量不同目标温度的时候，采样频率为f0·k，采样开始时间为t不变，总采样时间为t0·k；
3）所采集的总数据量D_v（指ADC采集的电压）为：
Num(D_v)=f0·t0·k2
其中，Num(D_v)指D_v的数据量。
作为本发明进一步的方案，步骤2具体方法如下：
1）、根据步骤1中采集的数据D_v，计算出其统计特征均方差σ；
2）、由于采集数据的稳定性和有效性不仅受到环境温度的影响，还受到周围其他因素（如电磁场干扰）的影响，根据采集数据的均方差σ来判断是否重新采集数据。如果σ＞σ0，则删除1中采集的数据重新进行计算，定义：
σ0=n·abs(T1-T0)；
其中n为一个固定的参数，可以根据实际情况进行调整，不唯一。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于红外传感器应用的自适应采样算法，该算法对时域信号进行处理有较大的优势，能动态实时调节所采集的信号数据，对采样数据的数量进行自适应控制，且能对采样数据的有效性和稳定性行评估后再执行取舍或者优化，该算法有利于在保证获取可靠的传感器数据的前提下节约计算资源。总之通过提高采样数据的有效性和稳定性，保证测温结果的可靠性和稳健性；通过动态调整采样数据的数量，在一定程度上优化计算资源。
附图说明
图1为本发明的算法逻辑图；
图2为本发明红外传感器电压图（假设采集到的红外传感器电压信号为D_v，且D_v~N（5,1），采样次数N=20）；
图3为本发明红外传感器电压图（假设采集到的红外传感器电压信号为D_v，且D_v~N（5,1），采样次数N=200）；
图4为本发明红外传感器电压图（假设采集到的红外传感器电压信号为D_v，且D_v~N（5,1），采样次数N=1000）。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的阐述。
如图1所示，一种自适应红外传感器信号采样算法，包括如下步骤：
一、准备工作之参数设定；
1、设定参数需要根据使用者实际对产品的要求进行选择来设定，设定好参数m，n，T0，f0，t0后，再通过红外传感器热敏电阻的阻值计算出环境温度T1。
2、计算系数k的值，k=m·abs(T1-T0)。
二、自适应采样；
1、根据采样时间t0·k和采样频率f0·k，采集一组红外传感器电压数据，为说明本算法的实施方式，设采集得到红外传感器的电压信号为D_v，且D中的数据近似服从正态分布，D~N（5,1），是方差为σ=1，如图2，3，4所示，横坐标表示电压大小，纵坐标表示对应电压值的采样次数，总采样次数分别为20次。200次，1000次，可以看出采样次数不一样会较大影响最终采样的数据的分布特征。
三、反馈调整和输出数据；
计算σ0=n·abs(T1-T0)，
1、当σ=1＞σ0=n·abs(T1-T0)时，需要对红外传感器的电压信号进行重新采样；
2、当σ=1＜σ0=n·abs(T1-T0)时，输出采集得到的数据D_v可以作为最终数据，此时可以按照电压数据D_v的均值来作为采集的电压值u=5mv。
本发明提供一种自适应红外传感器的数据采集算法，不限于应用在红外传感器的电压数据的采集中，将算法的核心应用在其他领域也在本算法的技术保护范围内。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种自适应红外传感器信号采样算法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、自适应数据采集；测量一个目标物体的温度时，红外传感器两PIN之间的电压的存在一个很短的稳定时间μ，在规定响应时间要求小于t1的情况下，至少在μ＜t＜t1时间内完成稳定且可靠的传感器电压数据采集；
步骤2、采集数据的反馈调节，反馈调整和输出数据。
2.如权利要求1所述的一种自适应红外传感器信号采样算法，其特征在于，步骤1具体方法如下：
1）当前环境温度为T1，目标温度为T0，T0设定为一个具体的数值，如35.5-37之间任意数据，则设定一个比例系数k，k满足：
k=m·abs(T1-T0)；
其中abs()表示绝对值，m为一个固定的参数，当环境温度与目标温度相差较大的时候，即abs(T1-T0)较大，此时传感器电压信号较大，只需要采集较少的数据即可满足精度要求；当环境温度与目标温度相差较小的时候，即abs(T1-T0)较小，则需要采集更多的数据来满足精度要求；
k的作用在于可以动态调整采样频率和总采样时间；
2）设初始采样频率为f0，采样开始时间为t，初始总采样时间为t0，则
μ＜t＜t0；
t0＜t1-μ；
在不同温度环境下测量不同目标温度的时候，采样频率为f0·k，采样开始时间为t不变，总采样时间为t0·k；
3）所采集的总数据量D_v（指ADC采集的电压）为：
Num(D_v)=f0·t0·k2
其中，Num(D_v)指D_v的数据量。
3.如权利要求2所述的一种自适应红外传感器信号采样算法，其特征在于，步骤2具体方法如下：
1）、根据步骤1中采集的数据D_v，计算出其统计特征均方差σ；
2）、根据采集数据的均方差σ来判断是否重新采集数据；当σ＞σ0，则删除1中采集的数据重新进行计算，定义：
σ0=n·abs(T1-T0)；
其中n为一个固定的参数。
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