一種具有借鑒意義的傳感器輸入標定技術

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

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

0引言

在工業(yè)自動化生產(chǎn)、自動控制系統(tǒng)、非電量電測系統(tǒng)中，廣泛使用了種類繁多的傳感器，在測量和控制過程中起著重要作用。傳感器獲取現(xiàn)場物理信號的正確與否，直接關系到整個系統(tǒng)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行討論，并不涉及有關數(shù)字傳感器。

這里以力傳感器（多為mV級信號）為例，首先，經(jīng)多路采樣開關采樣，進入放大器進行直流放大，最后放大的信號被送入ADC（模擬/數(shù)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(shù)字信號，送入計算機系統(tǒng)的這些數(shù)字量信息，雖代表各種物理量參數(shù)值的大小，仍須經(jīng)過標度變換（工程量變換），將它轉換成原來參數(shù)的真實值，以便進行顯示、計算和處理。

要保證計算機系統(tǒng)能獲取到現(xiàn)場真實被檢測信息，保證系統(tǒng)的準確度，有必要采取不失真的變換方法來獲取現(xiàn)場真實信息，對傳感器輸入通道的各個環(huán)節(jié)進行統(tǒng)一的標定。

2輸入標定思想

一般情況下，位移輸入沒有類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）的放大計算類似力傳感器信號的放大，但是它們同樣需要計算增益，并使?jié)M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

首先來研究力傳感器的輸入。與計算機系統(tǒng)連接的力傳感器，是一個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].這個信號的強弱與激勵電壓有關，如激勵電壓采用10 V，要由非常精確的線性電源提供（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mV級信號即計算機系統(tǒng)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使用標準測力機檢定得出的，并在力傳感器檢定證書中標明。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mV級信號需要通過硬件增益來放大，以使信號盡可能逼近滿量程的±10 V.用戶確定特定力傳感器所需要的一擋增益是非常簡單的，如表1所列。

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

放大后的信號電壓=激勵電壓值×力傳感器靈敏度×放大系數(shù)

每一級放大系數(shù)都有一個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靈敏度。例如，對于硬件增益500倍來說，對應的力傳感器的理想靈敏度為2 mV/V.

任何超過2 mV/V的信號都將導致總放大后的信號超過10 V和A/D轉換器輸入的飽和。這將被視為信號截斷，從而無法達到全量程測量?？梢钥吹讲捎梅糯笙禂?shù)500時最接近10 V，表明沒有信號被截斷，因此它就是我們需要的最理想的放大系數(shù)。下面通過幾個方面來進行說明。