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DZ209 传感器 非线性 校正 算法 研究

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内容简介：

传感技术学报 第 期 研究简 一 OP 0 7 DP 进 行 放 大 其放 大 倍 数 由模 拟 开关 C D4 0 5 2决 定 ， 而模 拟开关 的动作则 由 8 9 C5 1单 片计 算机控制 单 片计算机 决定当前 的放 大倍数和输 入信号 的测量 与 自 动 校 零 信 号 的 测 量由 运 算 放 大 器 输 出 信 号 经 B 9 1 0 11l 2 1 31 4 1 5 1 6 温度， 1 c o 图 1输 出电压一 温度 特性 盐线 MC1 4 4 3 3模数转换后 ， 由单片计算机 取得相应的数字量 当单片计 算机取 得传感 器输 出 信号的数字量和 自动校零 信号 的数字 量后 ， 经过 自动稳零的计算 ， 再 根据运算放大器已知 的放大倍数 ， 单 片计算机就可 以准确计算 出传 感器输 出的毫伏信号 根据这 个信号 、 再 由 计算机计 算 出相应的温度值 ， 经线 性校正 后由 L E D数码管显示 考虑到线性化后 的信号 要进一步传送 给调 节器、 记 录仪或计 算机系统 ， 设计 了输入 输 出光 电隔离的 0 1 0 mA 或 4 2 0 mA 的 标 准 信号 输 出 由于接触非接触 复合测温传感器在低 温段 ( 7 0 0 9 0 0C) 输 出的毫伏数特别小 ， 如果 选用单一 的放大倍 数， 则低温段 的 A D变换的数字量也很小 ， 这样经单 片计算 机计算 出 来稿 日期 ： 1 9 9年 月 n 维普资讯 传感拄求学报 L E D数码显示 模拟并关 信号放大 A D 单片计算机 设定按键输入j C D4 0 5 2 OP 0 7 DP M C1 4 4 3 8 9 C5 l 报警 接点输出 TT 鲁 圈 2原 理 穰 圈 来 的温 度跳 变 间 隔 就 很 大 ， 有 时 会 超 过设 计 要 求 ， 所 我 们 设计 了根 据 传 感 器 输 出毫 伏数 的大小 ， 自动切换运算放大器的放大倍数 ， 提 高仪表的测量精度 2 非 线性 校正技 术 单 片 计 算 机 采 用 8 9 C 5 1 ， 其 内部 有 4 K 的 E P R OM ， 1 2 8字 节 RAM ， 3 2根 I O， 根 据 工业生产 的实 际需 要 ， 我们 选用 了 3位半 的 A D转 换器 MC1 4 4 3 3 ， 它是 双积丹方式 ， 有 很 强 的抗 干 扰 能 力 从 电路原理图可以看 出， 当 C D4 0 5 2的 B A一0 0状 态时 ， 运算放大器 OP 0 7 D P的输 出 信 号 的 放 大 倍 数 为 K ， 输 入 信 号 为 0 mV 的 电 压 值 ， 用 于 放 大 倍 数 为 K 的 自动 调 零 计 算 当 C D4 0 5 2的 B A一0 1状 态时， 运算放大器 OP 0 7 DP的输出信号放大倍数为 K ， 输入 信号为传感 器的信号 的电压值 。 当 C D4 0 5 2的 B A=1 0时 ， 运算放大器 OP 0 t DP的输 出信 号放大倍数则 为 K。 ( K K。 ) ， 输入 信号为 0 mV 的电压值 ， 用于放大倍数 为 K 的 自动 调 零 计 算 当 CD4 0 5 2的 B A一1 l时 ， 运 算 放 大 器 OP 0 7 DP的输 出 信号 放 大 倍 数 ( K ， 用于 7 0 0 9 0 0 的低温段) ， 输入信号为传感器 的信号的电压值 至 于 C D4 0 5 2的 B A 控 制 信 号 为何 值 ?是 由 8 9 C5 1单 片机 根 据 程 序 流 程来 确定 的 从 而 满 足 接触 非 接 触 复 合测 温 传 感 器非 线 性 校正 的电 路 要 求 程 序框 图如 图 3所 示 ， 采 用 MCS -5 1 单 片 机 汇编 语 言 编 制 由于 接 触 非 接 触 复 合 铡 温 传感 器是 国家 非 标 准 传感 器 ， 我们 用实 验 的方 法 ， 每 隔 段 温度测试一十传感器的输出毫伏信号值 在大量实验 的基础上 ， 我们采用基于最小二乘法 的多项式拟 合法 ， 得到 E=_ 厂 ( 了 1 ) ， 如图 1 所 示 为简化单 片机计算并 提高仪 表显示精 度， 所 以采用 对图 l这条 曲线进 行分段线性化 ， 同时考虑到 工业 自动 化仪表对测量精度 的要 求 ， 我 们 确 定传 感 器 的指 示 相 对 误 差 AE 一 ，( 了 1 ) 1 0 0 按 E e 作为我们的设计条件 ， e 要根据仪表显示精度和 ， ( 了 1 ) 曲线的拟合精度综合考 虑 ， 一 般 要 至 少 高 于仪 表 显 示精 度一 个 等 级 丹段 原则 ， 第 一 步 ， 先 确 定 ( E。 T ) ， ( ， T ) ， 求 出 两 点 的直 线 方 程 ， 得 + ( 丁 丁 ) 【 1 j 维普资讯 第 4期 夏桂娟 、 林乃 坦 ： 复合 温传 感器非线 性校正拄 术讨论 式 中 ： 了 1 ， 了 1 为 已知 被 测 温 度 ( ) ； E ， E。 为 了 1 ， r厂 # 所 对 应毫伏值 ( mV) 了 1 为 了 1 ， 了 1 之间任一 温度 ( ) ： E 所对应毫伏值 ( mV) 根 据 误 差 E e的 原 则 ， 将 曲 线 分 成 若 干段 ， 首 先 以( ， 了 1 ， ) 为起点 ， 即曲线 的起始点 ， 选择适 当的 了 1 z ， 就 可 查出 ， 这样在 和 之问取得第一条直线方程 T 一 T + = ( E l E ) ( 2) 第二步 以( ， t z ) 为起点： 选择适当的 t ， 查 出 E a ， 则 可 取 得 第 二 条 直 线 方 程 以此 类 推 ， 可 得 出 任 意 点 的温 度 所 对 应 的 毫 伏数 值 的直 线 方 程 如 图 4所 示 T n T l + 专 t E ) ( 3 ) 这 样 就 可 以取 得若 干条 直 线 方 程 设 ： R 一 一 精置 则 式 ( 3 ) 可简 化 为 R E + b ( 4 ) 由上 式 可 以看 出 ， R 和 b 都 是 预 先 确 定 的 值 ， 可 先 储 存 于 单 片机 的 程 序 存 储 器 E P R OM 内 对 单 片 机 而 言 ， 根据 MC 1 4 4 3 3的 A D 转 换 的 数 字 量 ， 求取 对应 的毫 伏 数 E 毫 伏 数 与 A D转 换 的关 系 为 E 一 盟 v I ( K l O O O ) ( mv) 20 0 0 式 中 ： v 为 MC1 4 4 3 3 A D 转 换 器 的基 准 电 压 ( V) ； 为信号放大 器的放大倍数 图 3程 序 框 图 圈 4线性化 舟段 的曲线 由 的大 小 查 表 确定 当前 运 算 的直 线 方 程 ， 最 后计 算 出实 际 的 温 度 值 3结 论 ( 1 )按此方法设计 的仪表 ， 通过测试 ， 线性化 的精度完垒 满足要求 ； ( 2 )这种非线性校正法 的电路结构 简单 ， 精度高， 可靠性好， 仪表功能完善 ( 3 )达一 方 法 比较 理想 ， 可 广泛 应 用 于各 种 非 线 性传 感 器 的线 性 化 处 理 参考文献 田社 平 仪表技术 1 9 9 3 ( 2 ) ： 2 2 2 4 冯 玉 出 仪 表技术 ， 1 9 9