传感器作业——非线性误差分析

1、学生：XXX学号：XXXXXXXXXXX传感器的非线性误差仪器仪表等测量工具的输入、输出（测量、结果）分别作为直角坐标系的纵轴、横轴，选择适合的坐标轴，并将理想的输入输出对应点标入坐标，可以得到一条理想输入输出关系曲线。将实际的输入输出对应点标入坐标，可以得到一条实际输入输出关系曲线。最理想的情况下这两条曲线应该重合，实际上是不可能做到的，这时两条曲线之间的距离就是非线性误差。一、输入输出曲线的拟合方式：1）直线拟合：直线拟合大致想到以下几种方式：1. 以最大值判断最佳拟合直线：由于只需要在传感器工作范围内拟合，故只在其工作范围内进行输入输出直线的拟合。用直线段在其范围内对其拟合，每段拟合直线

2、段都将对应得到一个最大值，拟合直线不同，各自最大值也不同。其中最大值最小的直线，即为此种拟合方式下对应的最佳拟合直线。2. 以最小二乘法的方式得到最佳拟合直线：以最小二乘方式拟合即为用其误差的平方和判断。在传感器工作范围内，用直线段对其进行拟合，每段拟合直线段都将对应得到一个误差的平方和值，拟合直线不同，各自误差的平方和也不同。其中误差的平方和最小的直线，即为此种拟合方式下对应的最佳拟合直线。2）离散的方式拟合：用阶梯型的曲线在工作范围内对其进行拟合。每两个阶梯之间的距离即为所用硬件计算的最小时间（或最小时间的2N倍），则最大误差由硬件的运算速度决定。二、常用的非线性传感器的误差补偿方法：非线

3、性传感器的误差补偿方法从硬件方面讲，有补偿电路；从软件方面讲，有神经网络法、数据融合法等；此外也有将软件硬件技术结合起来的方法。1）硬件补偿：采用传感器电桥电路非线性误差的反馈补偿法。对于大多数应用电桥电路的传感器，如电阻式温度计、压力传感器等，必须测出电桥中一个或两个桥臂电阻的变化量，即传感器电阻的变化量，作为衡量被测物理量的大小，使传感器具有线性特性。由于电桥输出电压与桥臂电阻之间存在非线性关系，如图1所示，电桥输出电压与传感器变化量成非线性关系。为获得线性输出，需进行非线性修正，即线性化处理。可用硬件修正，也可用软件修正。EsRs图1硬件方面考虑采用反馈技术来影响传感器电桥输入电源电压，

4、修正输出电压和传感器电阻之间的非线性关系。原理电路如图2所示，放大器的输出电压加到A/D转换器，另一方面通过反馈元件二，取出一部份卜M：.作为激励源的输入,激励源在参考电压二和八I作用下，输出电压作为电桥电源电压,从而实现电桥电源电压的改变，达到修正电桥非线性的目的。通过计算得到：工二二（1）即放大器的增益G和反馈系数0的乘积等于2就可消除非线性误差。公式推导时认为传感器具有线性，若传感器本身具有非线性，只要找出传感器特性的拟合方程，从而建立电桥输出电压和传感器变量之间的数学关系，同时可消除报告传感器非线性在内的非线性误差。二、软件方面：用神经网络拟合的传感器逆特性，通过传感器的逆特性将传感器

5、非线性特性改造成与实际物理过程相一致的不失真的线性特性，从而减小非线性误差。采用一种单输入单输出的模糊小脑神经网络（FCMAC）误差补偿方法，具有收敛速度快、算法简单和补偿直接输出的特点。在测量系统中，被测对象输入的物理量与系统输出的观测值可表示为二：一、，仲）一个非线性函数，要提高测量系统的精度就必须进行非线性补偿。补偿的方法是在测量系统中串联一个补偿环节如图3所示，使得非线性的传感特性被线性化。该补偿环节是传感特性函数f（U啲反函数=-'，通过函数合成=（2）得到测量系统输出值z。图3非线性补偿的测量系统用FCMAC对传感器进行误差补偿分为两步：1）网络学习：在传感器的测量范围内随机抽取n个U=/.<:;：以及相应输出值"：/，对匸进行模糊量化。随机产生一组网络初始权值，以每个二为FCAMC的输入值工，按照式二=.-（3）计算出实际输出门，再以亠为FCMAC的希望输出二:，按照式4）p叫_1=口捲+1(%)5训练FCMAC的权值，直到A=；：-；_.：匚结束，网络完成对f八