传感器的补偿和抗干扰技术(《传感器基础》课件.ppt

第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n本章主要介绍传感器的补偿技术、 传感器的标定 、抗干扰技术 n重点是传感器的补偿技术和传感器 的抗干扰技术 n难点传感器的补偿方法 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n非线性误差及补偿 n 利用传感器把许多物理量转换成电量时，大多数传 感器的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。因此，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，还必 须对输入参量的非线性进行补偿，或称线性化处理。 n 采用软件实现数据线性化，一般有三种方法：计算 法、查表法和插值法， 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n1. 计算法 n当传感器的输入量与输出量之间有确定的数学表达 式时，就可采用计算法进行非线性补偿。计算法就 是在软件中编制一段完成数学表达式的计算程序， 当被测量经过采样、滤波和变换后，直接进入计算 程序进行计算，计算后的数值即为经过线性化处理 的输出量。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n2. 查表法 n所谓查表法，就是事先把检测值和被检测值按已知的 公式计算出来，或者用测量法事先测量出结果，然后 按一定方法把数据排成表格，存入内存单元，以后微 处理机就根据检测值大小查出被测结果。 n查表法可以完成数据补偿、计算、转换等功能，它具 有程序简单、执行速度快等优点。常用的查表法有顺 序查表法和对分搜索法。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 3. 插值法 插值法就是用一段简单的曲线，近似代替这段区间里 的实际曲线，然后通过近似曲线公式，计算出输出量。 使用不同的近似曲线，就形成不同的插值方法。在仪表 和传感器线性化中常用的插值方法有下列几种。 1) 线性插值法(又称折线法) n当检测值确定后，首先通过查表确定所在区间，再顺序 调到预先计算好的系数项，然后代入插值公式计算出。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n2) 二次插值法(又称抛物线法) n它的基本思想是用 段抛物线，每段抛物线通过3个相邻 的插值接点，来代替函数 的值。可以证明， 的计 算公式为 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 温度误差及补偿 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 几种传感器的温度补偿方法 1. 零点补偿 检测系统在零输入信号时(对某些检测可能是空载)， 包括信号输入放大器及微机接口电路在内的整个检测部 分的输出应为零，但由于零点漂移的存在，它的输出不 为零。此时的输出值实际上就是仪表的零点漂移值。微 机系统可以把检测到的零漂(即零点漂移的简称)值存入 内存中，而后在每次的测量中都减去这个零漂值，这就 能实现零点补偿。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 2. 零漂的自动跟踪补偿 在有微机参与的仪表中，可以借助于软件实施零漂 的自动跟踪补偿，用跟踪到的零漂值对被测量的采样 值进行修正，就可以得到满意的结果。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n传感器的标定 n传感器的标定是利用精度高一级的标准器具对 传感器进行定度的过程，从而确立传感器的输 入量与输出量之间的关系。同时，也确定出不 同使用条件下的误差关系。 n根据输入信号的特点可以将检定系统分为静态 和动态两种，因此传感器的标定也有静态标定 和动态标定两种。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n1. 传感器的静态特性的标定方法 n传感器的静态特性是在静态标准条件下进行标定的。 静态标准条件主要包括：没有加速度、振动、冲击(除 非这些参数本身就是被测量)及环境温度一般为室温 (205)、相对湿度不大于85%、气压为 (1017)kPa等条件。 n传感器的静态标定一般包括如下步骤： 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 将传感器的测量范围(全量程)分成若干等间距点。 根据传感器测量范围的分点情况，由小到大，逐点 递增输入标准量值，并记录下与各点输入值相对应的 输出值。然后再将输入量由大到小逐点递减，并记录 下与各点输入值对应的输出值。 对传感器进行正反行程往复循环多次测试(一般为3 次10次)，并将得到的输出输入测试数据用表格列 出或画成曲线。 对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以 得到传感器的校正曲线，进而可以确定出传感器的灵 敏度、线性度、迟滞和重复性。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 2. 传感器动态特性的实验确定法 动态特性的实验确定方法常常因传感器的形式(如 机械的、电气的、气动的)不同而不完全一样，但从原 理上一般可分为阶跃信号响应法、正弦信号响应法、随 机信号响应法和脉冲信号响应法等。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n抗干扰技术 “干扰”在检测系统中是一种无用信号，它会在测量 结果中产生误差。因此要获得良好的测量结果，就必 须研究干扰来源及抑制措施。通常把消除或削弱各种 干扰影响的全部技术措施，总称为抗干扰技术或称为 防护。 n干扰的产生 干扰(也叫噪声)是指测量中来自测量系统内部或 外部，影响测量装置或传输环节正常工作和测试结果 的各种因素的总和。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 干扰的产生主要有两大类：电气设备干扰 和放电干扰。电气设备干扰主要有射频干扰、 工频干扰和感应干扰等；放电干扰主要有弧光 放电干扰、火花放电干扰、电晕放电干扰和天 体、天电干扰等。 根据干扰产生的原因，通常可分为以下几 种类型。 1. 机械干扰 2. 热干扰 3. 光干扰 4. 湿度干扰 5. 化学干扰6. 电磁干扰 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n干扰信号的耦合方式 干扰信号进入接收电路或测量装置内的途径，称为 干扰信号的耦合方式。干扰的耦合方式主要有：电磁耦 合、静电电容耦合、漏电流耦合、共阻抗耦合。 1. 电磁耦合 电磁耦合(电感性耦合)是由于电路之间存在互感，使一 个电路的电流变化，通过磁交变影响到另一个电路。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 两个电路电磁耦合示意图和等效电路。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n2. 静电电容耦合 静电电容耦合是由于两个电路之间存在寄 生电容，产生静电效应，使一个电路的电荷变 化影响到另一个电路。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n3. 漏电流耦合 由于绝缘不良，流经绝缘电阻的漏电流IN作用于有 关电路引起的干扰，称为漏电流耦合。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 n4. 共阻抗耦合 共阻抗耦合是由于两个电路间有公共阻抗，当一 个电路中有电流流过时，通过共阻抗便在另一个电路 上产生干扰电压。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 常用的抑制干扰的措施 1. 接地技术 接地是保证人身和设备安全、抗噪声干扰的一种 方法。 地线的种类主要有屏蔽接地线或机壳接地线、信 号接地线(模拟、数字接地线)、负载接地线和交流电 源地线等。 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 1) 低频电路(f1MHz)一点接地 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 多级电路的一点接地 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 2) 高频电路(f10MHz)大面积就近多点接地 大面积多点接地 第12章 传感器的补偿和抗干扰技术 2. 屏蔽技术 利用金属罩(铜、铝等铁