传感器非线性误差的修正

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1、传感器非线性误差的修正摘要：传感器在采集数据时存在一定的非线性误差。要使系统的性能达到最佳，必须对传感器的非线性误差进行分析和处理。本文讨论了传感器非线性误差的几种处理方法，并对各种方法作了比较。关键词：非线性误差，硬件电路校正，查表法，插值法，最小二乘法，频域修正法一、引言在工业过程控制中，由于传感器的非线性输出特性和同种传感器的输出存在一定的分散性，测量结果会产生一定的误差。为此，我们需要对传感器的特性进行校正和补偿，以提高测量的精度，并且使传感器输出线性化和标准化。对非线性误差的矫正和补偿可以采用硬件电路或者软件的方法来实现。二、采用电路进行非线性误差

2、的矫正采用硬件电路对非线性误差进行矫正，优点是速度快；缺点是价格高，拟合程度不好。通常我们采用以下几种电路进行校正：1、算术平均法算术平均法的基本原理是通过测量上下限的平均值，找到一条是原传感器输出非线性特性得以改善的拟合曲线。对电阻传感器基本电路如作图所示。设温度变化范围为a~c，平均温度：b=(a+c)/2，传感器对应的输出阻值分别为Ra，Rb，Rc，由于传感器的非线性，Rb≠(Ra+Rc)/2。为了使三个点的电路输出为线性，则应满足并联电阻Rpb=(Rpa+Rpc)/2。其中Rpa，Rpb，Rpc分别为温度在a,b,c时的并联电阻。通过计算可得：2、桥

3、路补偿法该方法的基本原理是利用测量桥路的非线性来校正传感器的非线性。电路如右图所示。取R1=R2，桥路输出设于三个不同的温度点a,b,c相适应的Rt与V分别为Ra、Va、Rb、Vb、Rc、Vc，代如上式得到方程组：解此方程组可得到满足要求的R3、RB、ε。小结：以上两种方法，原理和电路非常简单，但线性关系只是在三个特定的点严格成立，其他各点仅得到不同程度的改善，因此适用于非线性度不严重，或测量范围小的情况。一、采用查表法修正在高速数据采集及处理系统中,为满足实时控制的要求,一般采用查表法进行传感器的非线性补偿。即预先将一张表明频率值f与距离值h的关系表格写入

4、微机的ROM中,单片微机在每次采集到频率信号后,查表得到对应的距离值h,以实现传感器特性线性化的目的。与传统的方法相比，查表校正法更注重单个传感器的实际测量转换特性，而不再采取理想测量转换特性简单近似的代替实际测量转换特性的做法。具体方法分3步进行：1、校正、制造标准表格用标准信号源作被测对象，对传感器进行校正测量。将测量值与标准信号源的准确值按一定方法制成表格，并给出相应的查表方法。2、表格存储将表格内容写入ROM区域内，形成固化的测量转换特性表。3、测量、查表测量实际被测量对象，将实际测量值作为查表参数，按给定的查表方法查表，到对应的ROM单元中取出预先

5、存入的准确值作为测量转换值。由于采取传感器与表格一一对应形成，可以消除因传感器测量转换特性的离散性带来的误差。在查表校正方法中，实际测量值做查表参数时，可由两种不同的方案。一种是以实际测量值做ROM表格地址参数，按地址查表。在这种方法中，ROM表格内容与实际测量值无关，而与左脚征用的标准信号源有关，将信号源的准确值按递增关系直接写入ROM内。ROM表格的地址形成则与实际测量值有关，有实际测量值经相应运转后，形成查表地址，按地址查ROM表格内容，作测量输出值。另一种是以实际测量值做ROM表格内容参数，按内容查表。在这种方法中，ROM表格内容为实际测量校准值，R

6、OM地址与实际测量值无关，为标准信号源的准确值的递增运算表达式。按ROM内容查表，当实际测量值与ROM区域中某单元内容一致时，将其对应单元地址单元经运算后，作测量输出值。对应两种不同的ROM表格，查表校正法在硬件结构上没有差别，但在软件实现查表时，有很大不同。这两种方案均可有效消除因传感器测量转换特性的离散性及非线性行所带来的测量误差，但从执行效果看，两种方案各有特色。按地址查表法属直接查表法，对应不同传感器，ROM的内容是一致的，且与具体传感器无关，实时性好。按内容查表法属间接查表法，对应不同传感器，ROM的内容各不相同，且与具体传感器有关，但精度高。小结

7、：在工业化的批量生产中，查表校正法与其他校正法相比，具有以下特点：1)校正方法简单，适合于非专用芯片构成的仪器、仪表的批量生产。2)校正精度高。校正精度仅与ROM容量有关，当校正精度提高时，只需相应增加ROM容量即可。3)校正速度快，实时性好。由于采用构造硬件校正标的方法进行硬件查表操作，与软件校正方法相比较，校正速度快，适合于应用在对实时性要求较高的仪器、仪表中。4)电路简单，通用性好。采用ROM做校正表，与CPU的接口简单，且造表方法与传感器种类无关，只要配以适当的传感器接口，即可方便的于各种传感器杰在一起，具有极强的通用性。实际工作中，亦可用EPROM

8、,E2PROM做校正表。一、采用插值法进行曲线拟合前