小波變換在液氮制冷式露點自動檢測中的應(yīng)用

　　1　引言

　　冷凝式光學(xué)露點儀的制冷方式主要有半導(dǎo)體制冷和液氮制冷兩種。用半導(dǎo)體制冷要使露點溫度達(dá)到-60℃(絕對濕度為10·68×10-6)以下將會大幅度增加半導(dǎo)體器件制造工藝的復(fù)雜性,且不易實現(xiàn);和半導(dǎo)體制冷相比,液氮制冷成本低,且容易實現(xiàn)。由于液氮制冷式露點儀受到檢測光路系統(tǒng)靈敏度、降溫速度、氣體流量等因素的影響,使露點檢測的穩(wěn)定性不易掌握,因此露點測量值的重復(fù)性及準(zhǔn)確度不甚理想。文獻(xiàn)[1]指出,采用軟件補(bǔ)償方法可提高露點檢測的穩(wěn)定性。一般來說,在露點檢測中欲達(dá)到較小的標(biāo)準(zhǔn)偏差(小于0·5℃),必須至少進(jìn)行七次以上的測量,若進(jìn)一步增加測量次數(shù),雖可提高露點測量值的準(zhǔn)確度,但將大大增加液氮的消耗,在實際露點測量操作中是不可取的。所以,提高液氮制冷式露點儀的檢測準(zhǔn)確度需要以更好的軟件手段來實現(xiàn)。

　　2　露點測量不穩(wěn)定現(xiàn)象分析

　　圖1(a)為按某次實驗中存儲在計算機(jī)RAM中的一組測量數(shù)據(jù)繪制成的曲線。由圖1(a)可見,用實測數(shù)據(jù)直接繪制的曲線為不光滑曲線,其中疊加有干擾噪聲。為了改善曲線形狀通常采用“五點三次平滑法”[2],這樣得到的曲線如圖1(b)所示。其中曲線Ⅰ為經(jīng)平滑因子h(t)平滑后的情況,這實質(zhì)上是對曲線的低通濾波,高頻成分被削弱,但由于還存在著低頻干擾,使平滑效果不夠理想。其中曲線Ⅱ為經(jīng)改變平滑因子h(t)的值可達(dá)到的效果,曲線平滑,但數(shù)據(jù)的真實性變差。由此可見,在軟件處理上,已不可避免地存在著一定的偏差,并影響所求拐點數(shù)值的準(zhǔn)確性。

　　3　小波變換的應(yīng)用

　　3·1　小波變換的特征

　　小波變換是近幾年新興的一種先進(jìn)分析方法,它被認(rèn)為是傅里葉分析方法的突破性進(jìn)展。小波變換是一種線性變換,它將信號分解成不同幅度(分辨率)的分量。假設(shè)ψ(t)是給定空間L2(R)內(nèi)的實值或復(fù)值函數(shù),且僅當(dāng)以下方程成立時,函數(shù)ψ(t)被看成小波

　　由式(1)可見,小波變換取決于兩個參數(shù):尺度a和時間位置τ。對于比較小的a值,小波集中于時間域,小波變換給出信號的細(xì)節(jié)信息;當(dāng)a值較大時,小波擴(kuò)展,小波變換給出信號的宏觀信息。所以,運(yùn)用小波變換的這種尺度可變性既能達(dá)到有效濾除噪聲又能保證信號高保真度的目的。

　　3·2　利用小波變換處理測量信號的基本原理

　　如圖1(a)所示,曲線基本上由A段較平坦部分與B段陡峭部分組成。曲線的拐點(t0,u0)可通過對函數(shù)f(t)求導(dǎo)獲得,但求導(dǎo)運(yùn)算會起放大噪聲的作用,因而在噪聲較大的場合,這種方法的效果并不理想。所以,引入小波變換技術(shù)以解決這一矛盾。