一種具有借鑒意義的傳感器輸入標定技術(shù)

　　傳感器獲取現場(chǎng)信號的準確與否，直接影響到整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統的測量與控制精度。為了獲取真實(shí)的現場(chǎng)信息，要對計算機系統接入模擬傳感器輸出的模擬量電信號進(jìn)行不失真的變換。

　　文中提出了一種針對力和位移傳感器的輸入標定技術(shù)，并根據理想傳感器靈敏度計算了硬件增益和通道增益，同時(shí)以軟件方式進(jìn)行了修正。通過(guò)工程實(shí)際驗證，這種方法標定結果準確，便于操作，具有工程推廣價(jià)值。

　　0引言

　　在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)、自動(dòng)控制系統、非電量電測系統中，廣泛使用了種類(lèi)繁多的傳感器，在測量和控制過(guò)程中起著(zhù)重要作用。傳感器獲取現場(chǎng)物理信號的正確與否，直接關(guān)系到整個(gè)系統的測量精度。

　　1傳感器輸入通道

　　本文只針對模擬傳感器即輸出模擬量電信號進(jìn)行討論，并不涉及有關(guān)數字傳感器。通常，計算機系統一般對傳感器的接入如圖1所示。

　　圖1 傳感器輸入通道

　　這里以力傳感器(多為mV級信號)為例，首先，經(jīng)多路采樣開(kāi)關(guān)采樣，進(jìn)入放大器進(jìn)行直流放大，最后放大的信號被送入ADC(模擬/數字轉換器)，期間對快速瞬變的信號還須經(jīng)采樣保持處理。ADC將放大后的模擬電壓信號轉換成數字信號，送入計算機系統的這些數字量信息，雖代表各種物理量參數值的大小，仍須經(jīng)過(guò)標度變換(工程量變換)，將它轉換成原來(lái)參數的真實(shí)值，以便進(jìn)行顯示、計算和處理。

　　要保證計算機系統能獲取到現場(chǎng)真實(shí)被檢測信息，保證系統的準確度，有必要采取不失真的變換方法來(lái)獲取現場(chǎng)真實(shí)信息，對傳感器輸入通道的各個(gè)環(huán)節進(jìn)行統一的標定。

　　2輸入標定思想

　　一般情況下，位移輸入沒(méi)有類(lèi)似力反饋的內部硬件增益。

　　圖2所示是力、位移傳感器輸入標定模塊圖。通常位移反饋信號(LVDT或電位計式)的放大計算類(lèi)似力傳感器信號的放大，但是它們同樣需要計算增益，并使滿(mǎn)量程的最大最小值保持在±10V.

　　圖2 位移傳感器輸入標定模塊圖

　　圖3所示是力、位移傳感器輸入標定比較圖。

　　圖3 位移傳感器輸入標定比較圖

　　首先來(lái)研究力傳感器的輸入。與計算機系統連接的力傳感器，是一個(gè)連接有激勵電壓的惠斯通電橋，它能夠輸出以mV為單位的反饋信號[3].這個(gè)信號的強弱與激勵電壓有關(guān)，如激勵電壓采用10 V，要由非常精確的線(xiàn)性電源提供(內部或獨立的外置電源)，力傳感器最終的輸出信號與在力傳感器上施加的外部力成比例，這個(gè)mV級信號即計算機系統測量的力信號。

　　其次是確定已選力傳感器靈敏度。力傳感器靈敏度是由計量部門(mén)使用標準測力機檢定得出的，并在力傳感器檢定證書(shū)中標明。例如，力傳感器靈敏度為1. 979 8 mV/V.

　　然后是確定硬件增益。為了使ADC獲得最佳的分辨率，這個(gè)mV級信號需要通過(guò)硬件增益來(lái)放大，以使信號盡可能逼近滿(mǎn)量程的±10 V.用戶(hù)確定特定力傳感器所需要的一擋增益是非常簡(jiǎn)單的，如表1所列。

　　對于具有確定靈敏度系數的力傳感器來(lái)講，放大后的信號電壓范圍可采用如下公式進(jìn)行計算：

　　放大后的信號電壓=激勵電壓值×力傳感器靈敏度×放大系數

　　每一級放大系數都有一個(gè)對應的理想力傳感器靈敏度，它是能給出最大放大效果的那一個(gè)靈敏度。例如，對于硬件增益500倍來(lái)說(shuō)，對應的力傳感器的理想靈敏度為2 mV/V.

　　任何超過(guò)2 mV/V的信號都將導致總放大后的信號超過(guò)10 V和A/D轉換器輸入的飽和。這將被視為信號截斷，從而無(wú)法達到全量程測量?？梢钥吹讲捎梅糯笙禂?00時(shí)最接近10 V，表明沒(méi)有信號被截斷，因此它就是我們需要的最理想的放大系數。下面通過(guò)幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。