傳感器溫度性能補(bǔ)償及信號(hào)濾波方法
感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。
傳感器獲取信號(hào)受溫度和環(huán)境干擾影響，輸出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生溫度漂移或夾雜著噪聲及各種干擾信號(hào)。為了準(zhǔn)確獲被檢測(cè)對(duì)象的定量信息，必須對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理。一般通過(guò)補(bǔ)償、濾波和噪聲抑制等方法來(lái)提高傳感器的溫度穩(wěn)定性、信噪比和改善分辨率。
傳感器的溫度漂移和干擾信號(hào)可通過(guò)硬件補(bǔ)償濾波或軟件算法實(shí)現(xiàn)。
溫度漂移補(bǔ)償
溫度漂移的原因很多，任何元件參數(shù)的變化，都將造成輸出電壓漂移。實(shí)踐證明，溫度是產(chǎn)生漂移的主要原因，彈性元件和電阻應(yīng)變計(jì)的敏感柵材料溫度系數(shù)，線脹系數(shù)不同，組橋引線長(zhǎng)度不一致等綜合因素，都會(huì)導(dǎo)致傳感器的初始零點(diǎn)和輸出靈敏度發(fā)生溫度漂移。
傳感器的溫度漂移補(bǔ)償分為硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償。
1、硬件補(bǔ)償
對(duì)電阻應(yīng)變式傳感器而言，方法有在橋臂上串、并聯(lián)恰當(dāng)恒定電阻法，橋臂熱敏電阻補(bǔ)償法，橋外串、并聯(lián)熱敏電阻補(bǔ)償法，雙電橋補(bǔ)償技術(shù)、三極管補(bǔ)償技術(shù)等。最常用的是在橋臂中串聯(lián)溫度系數(shù)較大的熱敏電阻對(duì)溫度零點(diǎn)漂移進(jìn)行補(bǔ)償，在電源回路中串聯(lián)熱敏電阻對(duì)溫度靈敏度漂移進(jìn)行補(bǔ)償。如下圖所示：圖1
圖1中，R1～R4為電阻應(yīng)變計(jì)，粘貼于彈性元件的敏感區(qū)；Rt1、Rt2為溫度零點(diǎn)漂移補(bǔ)償元件，可選用我公司的RNF2-AT型溫度零點(diǎn)漂移補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)；Rz1、Rz2為零點(diǎn)平衡補(bǔ)償元件，可選用我公司的RCF8-AZ型零點(diǎn)平衡補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)；Rt3、Rt4為溫度靈敏度漂移補(bǔ)償元件，可選用我公司的RNF**-CZ型溫度靈敏度漂移補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。
橋臂中串聯(lián)Rt1、Rt2、Rt3、Rt4為熱敏電阻，其溫度系數(shù)遠(yuǎn)大于電阻應(yīng)變計(jì)的溫度系數(shù)。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱敏電阻的電阻值隨溫度變化而變化，通過(guò)調(diào)整熱敏電阻的初始阻值大小改變溫度條件下其電阻變化量，從而改變橋臂電阻平衡和改變供橋電壓大小，抵消因溫度引起的信號(hào)漂移，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償目的。
補(bǔ)償時(shí)，分別在高低溫環(huán)境下記錄下傳感器的初始零點(diǎn)和輸出靈敏度數(shù)據(jù)。根據(jù)高低溫下的初始零點(diǎn)差值大小，通過(guò)摩擦或切割方式改變對(duì)應(yīng)正負(fù)方向的溫度零點(diǎn)漂移補(bǔ)償元件的初始電阻值，對(duì)零點(diǎn)溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)高低溫環(huán)境下輸出靈敏度差值大小，選擇對(duì)應(yīng)電阻的溫度補(bǔ)償元件（可通過(guò)切割或摩擦方式對(duì)補(bǔ)償元件的電阻進(jìn)行微調(diào)），對(duì)傳感器的輸出靈敏度漂移進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償完成后，應(yīng)再次升降溫進(jìn)行復(fù)查，直至性能指標(biāo)滿足要求為止。
2、軟件補(bǔ)償
利用單片機(jī)速度快的特點(diǎn)，增加溫度傳感器，實(shí)時(shí)采集傳感器的工作溫度。并根據(jù)傳感器在一定溫度范圍內(nèi)，零點(diǎn)漂移和靈敏度的變化量，計(jì)算出溫度變化、傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與溫度變化與零點(diǎn)、靈敏度的漂移量公式，實(shí)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算。
信號(hào)濾波
傳感器的輸出信號(hào)中往往含有動(dòng)態(tài)噪聲，如果信號(hào)的頻譜和噪聲頻譜不重合，則可用濾波器消除噪聲。濾波器按信號(hào)類型可以分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。
模擬濾波器，主要通過(guò)在傳感器測(cè)量電路中增加濾波元件實(shí)現(xiàn)。如在傳感器的供電電源上加裝電容，電感來(lái)濾波，以增強(qiáng)電源輸出的穩(wěn)定性，減少電源中噪聲；在信號(hào)輸出端加轉(zhuǎn)RC或LC濾波網(wǎng)絡(luò)，濾除信號(hào)中的噪聲。
數(shù)字濾波器，實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波，主要有算數(shù)平均濾波。其原理是，在傳感器的采集程序中，對(duì)信號(hào)連續(xù)進(jìn)行n次采樣，然后求得n次采樣的平均值，作為傳感器的有效值輸出。其中采樣次數(shù)n越大，濾波效果越好，但靈敏度越低，所以在實(shí)際使用中，根據(jù)傳感器自身的穩(wěn)定性，設(shè)置不同的n值，以獲得最佳效果。
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