- 一種可借鑒的傳感器輸入標定技術-輸入標定過程
- 來源：賽斯維傳感器網 發(fā)表于 2015/3/26
針對力和位移傳感器的輸入標定技術，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�！�
輸入標定過程
以力傳感器輸入通道的標定過程為例予以說明。力的標定過程分為兩部分進行。
3.1輸入通道增益和零偏的標定
如采用一個獨立的精確電源作為輸入，返回信號需要通過一個1 MΩ的電阻連接到模擬地。避免由信調器電路的輸入電流的偏差而帶來的輸入電壓的不穩(wěn)定。同樣，也需要測量激勵電壓在電纜末端的電壓值，并把它考慮進來。所以，強烈建議用戶采用標定盒來進行標定。
確定已連力傳感器的靈敏度，例如，力傳感器靈敏度為1.979 8 mV/V.
確定反饋信號量程范圍是從-10 ~ +10 V.為了能夠充分利用整個量程，最理想的辦法是采用放大系數，這個放大因子可以把反饋信號放大到±10 V范圍內。通過兩個步驟來實現，一是采用硬件增益，另一是輸入通道標定增益。
現以硬件增益為例，選擇能夠把反饋信號放大到小于或等于10 V的放大系數。可以看到采用放大系數500倍時最接近10 V，因此它就是我們需要的最理想的放大系數。必須確保最終電壓不超過極限(-10 ~ +10 V)。若超過了極限，可能出現無法預測的后果。
在確定了硬件增益后，再把一個mV級高精度電源或一個標定盒或參考力傳感器連接到計算機系統(tǒng)的傳感器輸入通道上。
由于放大器和ADC不是完全理想的，自身存在很小的誤差，達到的增益不可能確切就是所選擇的硬件增益。為了確保最終信號不會高于+10 V或低于-10 V，建議標定工作在滿量程的50%范圍內進行。
例如，與所選硬件增益500對應的理想靈敏度為：
10 V反饋電壓/(10 V激勵電壓×500)= 2 mV/V
需要注意的是，激勵電壓以+5 V、-5 V形式給出，而要以一個mV級高精度電源來仿真模擬力傳感器輸出信號，一般可選擇+10mV和-10mV作為輸出來模擬50%的載荷。這樣：
5 V激勵電壓(50%的10 V激勵電壓)×2 mV/V = 10 mV因此有：
10 mV×500 = 5 000 mV反饋電壓(50%的10 V反饋電壓)為力傳感器輸入通道施加代表50%量程的模擬信號輸入(10 mV)，同時將力反饋拖入到軟件的圖形取樣窗口中，可以看到顯示的平均值接近50%.為了把這個值調整到準確的50%，就需要對輸入通道進行標定。選擇菜單中的“Calibrate”按鈕，就可以打開如圖4所示的窗口。
圖4 輸入通道標定增益和零偏
對話框中的“Current Values”方框中顯示來自輸入反饋的mV電源、標定盒或參考力傳感器的當前電壓百分數值�！癠nscaled value”應該顯示一個接近-50%的讀數。點擊“Copy”，把這“Unscaled value”復制到“Unscaled value”列的第一行。隨后，在“Scaled value”列的第一行中輸入我們的期望值(-50%)。
轉換mV級電源或力傳感器的極性。“Unscaled value”
應該顯示一個接近+50%的讀數。把這個值復制到“Unscaledvalue”列的第二行，并在“Scaled value”列的第二行輸入+50%的值。
現在，按下“Calculate(計算)”按鈕，軟件開始計算該傳感器輸入通道標定增益和零偏以達到期望的Scaled值。按下“Apply(應用)”按鈕，這些值將被保存到計算機軟件系統(tǒng)中。
3.2力傳感器的增益和零偏標定
這個問題實際上就是力傳感器標定的設定，即參數表格中的增益和零偏。
上述輸入通道標定增益和零偏，都是以理想力傳感器靈敏度進行的，而最終實際的力傳感器靈敏度并不等同于理想力傳感器靈敏度，因此為了得到真實的力反饋信息，就需要對上述輸入通道的標定增益和零偏進行修正。方法如下：
(1)對實際力傳感器的靈敏度進行補償。修正系數利用公式計算：
修正系數=理想靈敏度(mV/V)/實際靈敏度(mV/V)示例：LC靈敏度修正系數= 2 / 1.979 8 = 1.010 2.
(2)系統(tǒng)的最終增益。利用公式計算：
系統(tǒng)的最終增益=輸入通道標定增益×LC靈敏度修正系數示例：系統(tǒng)最終增益= 1.004 37×1.010 2 = 1.014 61.
(3)將真實力傳感器連接到傳感器輸入通道后，用手拉或壓一下力傳感器來檢查增益的符號。如果不正確的話，給系統(tǒng)增益改變一下正負號。
(4)由于力傳感器自身的靜態(tài)零偏或施加在力傳感器上的質量，可以看到一個小的零點偏移。在軟件圖形窗口中看到的偏移值，從系統(tǒng)零偏(System offset)中加上或減去(如果需要的話)這個值。
(5)保存力傳感器的LC靈敏度修正系數、系統(tǒng)最終增益和系統(tǒng)零偏(Save the configuration)到軟件系統(tǒng)中。
至此，就完成了實際力傳感器的輸入標定。
4 結語
本傳感器(力、位移)輸入標定實現方法，首先按實際要接入的傳感器相對應的理想傳感器對輸入通道(硬件)進行標定，得到理想傳感器輸入通道標定增益和零偏;最后對實際要接入的傳感器(軟件)進行補償，得到系統(tǒng)最終增益及系統(tǒng)零偏。
這一方法可方便、精確地實現計算機系統(tǒng)傳感器輸入標定。譬如，一個力傳感器需要經常在計量部門標定，只需根據新標定的實際靈敏度，重新計算出LC靈敏度修正系數、系統(tǒng)最終增益及得到系統(tǒng)零偏，即可完成對該對力傳感器的輸入標定。這一方法已經在計算機測控系統(tǒng)得到應用，效果良好，值得推廣和借鑒。
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