基于MATLAB实现传感器静态标定.doc

基于MATLAB实现传感器静态标定李叉军等:基-MATLAB实现传惑器静态标定基于MATLAB实现传感器静态标定Stat/cCalibrationofSensorBasedonMatlab李义军谭静刘珍包晓艳(内蒙古工业大学机械学院测控系,内蒙古呼和浩特010062)摘要:本文介绍了传感器静态标定的指标及其应用Matlab语言编程的具体实例,方法及实用程序.关键词:Matlab语言;传感器;静态标定l引言Matlab语言是Mathworks公司推出的一种面向工程和科学运算,数据可视化和交互式程序设计的矩阵运算语言.它集数值计算,符号运算及图形处理等强大功能于一体.它不仅具有丰富的工具箱,计算功能强大,而且具有出色的图形处理功能.Madab基本的数据单元是矩阵,可方便的解决很多数值计算问题.以下以压力传感器静态标定为例,介绍应用Matlab语言编写传感器静态标定指标的应用程序及具体实例.2传感器的静态标定传感器的静态标定指标主要有非线性度,灵敏度,滞后误差等.非线性度定义为传感器的标定曲线(由实验确定的实际工作曲线)对理论拟合直线的最大偏差B与输出满量程A的百分比,即非线性度=B100%非线性度是以一定的拟合直线作为基准直线计算的.选取不同的基准直线,得到不同的线性度数值.基准直线的确定有多种准则,这里选用最dx-乘准则.灵敏度是测量传感器静态特性的另一项基本参数,定义为测量装置的输出与输人量变化比,即=(2)滞后误差反映了传感器的某种滞后现象.即当输人由小变大再由大变小时,对同一输人值会得到大小不同的输出值.所得到输出值的最大差值就是滞后误差,以满量程输出的百分数表示,即滞后误差=100%3软件实现(3)以压力传感器标定为例,实现传感器标定时,采用最dx-乘法准则进行直线拟合,求其非线性度,灵敏度及滞后误差,设L1矩阵存放压力传感器多次加载时实测值,L2矩阵存放压力传感器多次卸载时实测值,A为最dx-乘法系数矩阵.标定时,以多次加载,卸载的平均值作为测量值,源程序如下:meanL1=mRrl(L1);%求多次加载的平均值meanI_2=mean(L2);%求多次卸载的平均值L=meanL1%求meanL1的转置矩阵,将其作为测量矩阵C=AAD=inv(C)%求逆矩阵x=DAL%由最dx-乘法求得估计值LL=Ax%求回归值feixianxingdu=rflflx(abs(meanL1一LL)/max(tm2mL1)%求非线性度lingmindu=x(2)%求灵敏度huiehenerror=max(abs(meanL1一mL2)/max(nlax(max(L1),Il1a)(Il1a)(L2)%求回程误差figure(1)plot(meanL1,一)%画加载图形holdon;%保留加载曲线图形plot(meanL2,:)%画卸载图形xlabel(表压:kg/em2)%横坐标注释ylabel(电压:mv)%纵坐标注释legend(加载,卸载)%图形的曲线注释title(压力传感器加载卸载曲线)figure(2)plot(L,)%画测量值曲线holdonplot(LL)%画回归值曲线xlabel(表压:kg/em2)ylabel(电压:mv)legend(测量值,回归值)title(压力传感器标定曲线)4实例分析以某一压力传感器标定为例,三次加载,卸载的实测值及最dx-乘法系数矩阵分别存于L1,L2和A矩阵中:L1=058134198266345410485(下转第31页)吕元颍等:石油存储参数测井仪150,17512-种规格,其发展趋势是向多参数,便携式,多功能方向发展.本论文设计的存储式多参数测井仪是五参数测井仪,其原理框图如图1所示:待测信号先经过信号调理电路进行放大,滤波等预处理,然后由多路转换开关将信号转换到适当的位置,在此所用到的信号都是待测的模拟信号,需通过A/D模数转换器将模拟信号转换成数字信号,转换后的数字信号进入微处理器MCU进行相关的数字处理,处理完的结果存在测试数据储存模块当中,以便于保存有效的信息.在系统工作过程中,微处理器MCU(单片机)通过数据接口电路和计算机相连,并用软件来控制微处理器的工作方式.整个系统用工作状态指示观察系统的全部工作情况,系统主要是利用I2C总线和单片机来工作的.4.3技术方案及可行性分析设计一个存储式多参数测井仪,具体方案如下:8路被测量信号经过信号调理电路转换为规定幅度范围的电压信号,由多路转换开关分时切换至A/D模数转换器,转化为数字量,形成信号采集编码电路,通过时序控制电路将转换结果写入测试数据储存模块,实现参数储存记录功能.工作状态指示电路可以指示信号记录器上电,待触发,采集记录,记录完成以及数据传送等状态,方便随时判别记录器工作状态.记录仪记录开始与停止的控制采用外部触发电路提供信号,当记录仪接收到开始记录的脉冲信号后触发系统开始测量记录被测量,当经过设定的延时或接收到停止记录信号后,系统进入低功耗数据保存状态,完成一次测量过程.每次试验的数据按照规定的格式存储在记录模块中,当进行测量结果提取时,通过数据接口电路与上位机交换信息,并将需要的数据传送到上位机.每次测量的信号波形可以通过上位机回放.记录仪记录的测试结果数据,通过配套的读数电缆和数据处理软件读人到PC机上,完成数据分类储存,波形显示,数值指示,时间坐标等功能.为了读取数据方便,通过专用的读数电缆,采用专用接口读数,这样可以用便携机方便的读数.读数接口连接如图2所示:图2数据读取原理图参考文献1顾涛,杨徽,邓建平,吴久晏.井下便携式数据记录仪的研制.华北科技学院.2OO4.2柳永胜.黄祥伟.赵武智.多端口存储器在多机系统中的应用.单片机及嵌入式系统应用,2OO4.3祖静,申湘南.张文栋.存储测试技术.测试技术.1994.4刘建平.朱和.国外大石油石化公司进军中国市场现状与策略分析.北京:中国石化集团公司经济技术研究院,2OO3.8.24.5狄小勇.石油工程建设企业现状及发展对策.南阳:河南油田工程技术研究院.2OO3.6任海平.詹伟.东北亚地区石油市场的现状与趋势.作者简介:吕元颖.女.在读研究生.工作单位:中北大学测试计量技术及仪器重点实验室.通讯地址:03(1Y51山西省太原市.李永红.中北大学(太原030051).收稿时间:20050404(上接第29页)550620698;079162250373424494584656745824:088173256337430511586673747830;%三次加载实测值I_2=071144215284356425496561627698;590181266344434512588666747824;682177264356432577596673753830;%三次卸载实测值A=10;110;120;130;140;150;160;170;180;19o;1100%最小二乘法系数矩阵图1加载,卸载曲线图2压力传感器标定曲线通过上述程序计算,加载,卸载及标定曲线分别见图1和图2,标定结果为:非线性度=0.0131,灵敏度=7.8421,滞后误差=0.0398.5结论本文通过应用Matlab语言实现了传感器非线性度,灵敏度及滞后误差等静态指标的标定,通过实例证实了算法的有效性,而且该方法可以进一步推广应用于其它传感器标定中.参考文献1费业泰.误差理论.机械工业出版社.2O0