CZ单晶炉液位检测系统的脉冲噪声滤波研究

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在直拉法中,熔硅液面的位置对晶体的生长品质具有重要影响,为了维持晶体生长过程中熔硅液面位置的稳定,必须对熔硅液面位置进行实时精确的测量。针对熔硅液位检测问题,两安理工大学发明了一种基于而阵CCD的线激光三角液位检测系统,但该系统获取的检测信号中伴随有大量的脉冲噪声,脉冲噪声的存在严重影响了检测的精度。为提高晶体的生长品质,必须有效去除检测信号中的脉冲噪声。  为有效滤除信号中的脉冲噪声,本文介绍了基于面阵CCD的线激光三角液位检测系统的检测原理,并依据检测原理分析了检测信号中脉冲噪声为主要噪声的原因。对脉冲噪声生成过程的统计模型进行了分析,且指出了脉冲噪声的时域特性比频域特性明显的特点,并作为选取时域进行脉冲噪声滤波的依据。为克服在原始信号中直接检测脉冲噪声的困难,设计了一种基于AR模型的脉冲噪声滤波系统,通过去相关操作实现了对脉冲噪声的增强,减小了噪声检测的难度,并利用信号的统计和结构信息完成了对带噪信号的修复过程。为增强去噪的鲁棒性和有效性,在设计的滤波系统中构造了基于预测误差最小化的有限样本自适应阶次估计器、基于脉冲限幅的韧性闽值估计器、基于形态学的脉冲噪声膨胀器等相应的自适应环节。为验证设计的滤波系统的性能,进行了周期性与非周期性脉冲噪声滤波仿真实验,并与中值滤波和基于小波分析的闽值去噪方法进行了对比,实验结果表明设计的滤波系统较其它方法更具优越性和鲁棒性。最后通过对基于面阵CCD的线激光三角液位检测系统采集到的液位检测信号的滤波实验,验证了设计的滤波系统对液位检测信号一中脉冲噪声去除的有效性和可行性,提高了检测系统的检测精度,为晶体的高品质生长提供了必要条件。
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