第8章传感器的补偿和抗干扰技术.ppt

Roland Berger Strategy Consultants 实用传感器技术教程 第8章传感器的补偿和抗干扰技术 在实际测量中，有两个影响传感器系统测量精度的重要因素，一是传感器的非线性特性；二是检测元件和电路受温度变化的影响。因此，为了保证传感器在实际应用中准确、可靠地工作，有必要对影响传感器测量精度的非线性和温度误差进行相应的补偿。 由于传感器的工作环境都是非常复杂的，各种干扰信息也会通过不同的耦合方式进入传感器，使测量结果偏离准确值，严重时会使传感器不能正常工作，甚至导致传感器的损坏。因此，为保证传感器不受外界干扰，必须要周密地考虑和解决抗干扰问题，认真研究抗干扰技术，把干扰对测量的影响降到最低的程度。 8.1 传感器的补偿技术 8.1.1 非线性误差及补偿 大多数传感器在把物理量转换成电量时，其输出电量与被测物理量之间的关系不是线性的。产生非线性的原因，一方面是由于传感器变换原理的非线性；另一方面是由于转换电路的非线性。同时，传感器具有离散性，还可能产生温漂、滞后等。 为了保证测量仪表的输出与输入之间具有线性关系，除了对传感器本身在设计和制造工艺上采取一定措施外，还可以利用后部电路对其输入参量进行非线性补偿。 8.1.1 非线性误差及补偿 传感器非线性补偿的方法大体上可划分为硬件非线性补偿和软件非线性补偿两类。 1.硬件非线性补偿 （1）模拟式线性化器 模拟式线性化器的基本思想是将传感器的非线性的特性曲线划分成若干段，每小段的曲线都用直线来近似代替，然后用折线去逼近原来的曲线，再根据各转折点的斜率设计电路。这种方法就是分段直线逼近法，采用这种方法，分段越多，精度越高，但是电路也越复杂。 8.1.1 非线性误差及补偿 1.硬件非线性补偿 （1）模拟式线性化器 模拟式线性化电路常用的方法就是利用非线性函数放大器，它的实质就是一种增益不是常数，而与输入成某种函数关系的特殊放大器。 8.1.1 非线性误差及补偿 1.硬件非线性补偿 （1）模拟式线性化器 补偿电路工作过程如下： 第一折线段（o～e01），因输入电压较低，所以输出电压低于E2、E3，所以D2、D3不导通，反馈电阻为Rf1，此时放大倍数为 第二折线段（e01～e02），此时e02﹥e01，所以运算放大器的输出电压高于E2，但低于E3，故D2导通，D3不导通，所以反馈电阻为Rf1//Rf2，此时放大倍数为 第三折线段（e02～e03），此时e03﹥e02，所以运算放大器的输出电压高于E2、E3，D2、D3均导通，此时除负反馈电阻Rf1//Rf2接入外，正反馈电阻Rf3也接接入，故此时放大倍数为 8.1.1 非线性误差及补偿 1.硬件非线性补偿 （2）查表法线性化 查表法线性化方法属于数字线性化。它是将被测信号通过A/D转换后得到的数字量作为EPROM的地址，去选取事先编在EPROM中的数据，而存放在EPROM中的数据才是对应于被测信号的真实数字量。 图8-2为查表法线性化硬件原理框图。输入信号Ux经A/D转换后输出的数字量由锁存器锁存，被锁存的数据作为存储器的地址访问EPROM，EPROM相应地址单元中存放的表格数据被取出，经译码后驱动显示器显示出测量结果。 8.1.1 非线性误差及补偿 2.软件非线性补偿 采用软件实现数据线性化，常用有三种方法：校正函数法、查表法和插值法。 （1）校正函数法 在图8-3中，被测物理量x经传感器转换成电信号y，由于传感器的非线性，所以y与x是非线性关系。A/D转换器是一种线性转换，可知Y与x仍是非线性关系。如果有一个非线性函数f,令Z=f(Y)，能够满足Z=kx，即Z与x是线性关系，那么函数f就是该传感器的校正函数。校正函数的运算不是由硬件实现，而是由CPU来完成。 8.1.1 非线性误差及补偿 2.软件非线性补偿 （2）查表法 查表法就是把事先计算好的校正值按一定顺序制成表格，存入内存单元，然后CPU利用查表程序根据被测量的大小查出被校正后的结果。 查表程序与制表的方法有关。当表格的排列是任意的，无一定规律或表格较小时，可采用顺序查表法；当表格的排列有一定规律时，可采用计算查表法或对分搜索查表法。 在实际测量时，输入参量往往并不正好与表格数据相等，一般介于某两个表格数据之间，若不作插值计算，仍然按其最相近的两个数据所对应的输出数值作为结果，必然有较大的误差。 8.1.1 非线性误差及补偿 2.软件非线性补偿 （3）插值法 1）线性插值法 2）二次插值法(又称抛物线法) 8.1 传感器的补偿技术 8.1.2 温度误差及补偿 一般传感