20109智能式传感器.ppt

其中ki＝（yi＋1－yi）/（xi＋1－xi）为第i段直线的 斜率；（x0，y0），（x1，y1），…，（xn，yn）为 曲线上各分段点的自变量和函数值。 由上式可知，ki，xi，yi都是按函数特性预先确定的值，可作为已知常数存于微处理器的指定存储区。若要计算与某一输入x相对应的y值，须首先按输入值检索其所属的区段，从常数表查得该区段的三个常数ki，xi，yi，从而可计算得出所对应的输出y。 该方法是查表与计算的有效结合。这里分段点的选取是一个重要问题；分段数越多，则逼近精度越高，但同时所占计算机内存单元也越多，此外还会大大增加在分段常数准备及存储方面的工作量。因此，应该根据传感器的精度要求合理地选取分段点。一般来说，分段可以是不等距的，曲率半径小的段落分段可密一些，曲率半径大的段落分段可稀疏一些。 * ③误差的自动校准及自诊断 借助微处理器的计算能力，可自动校准由零点电压偏移和漂移、各种电路的增益误差及器件参数的不稳定等引起的误差从而提高传感器的精度，简化硬件并降低对精密元件的要求。自动校准的基本思想是仪器在开机后或每隔一定时间自动测量基准参数，如数字电压表中的基准电压或地电位等，然后计算误差模型，获得并存储误差因子。在正式测量时，根据测量结果和误差因子，计算校准方程，从而消除误差。 自诊断程序步骤一般可以有两种：一种是设立独立的“自检”功能，在操作人员按下“自检”按键时，系统将按照事先设计的程序，完成一个循环的自检，并从显示器上观察自检结果是否正确；另一种可以在每次测量之前插入一段自检程序，若程序不能往下执行而停在自检阶段，则说明系统有故障。 * ④数字滤波技术 所谓数字滤波，就是通过一定的计算程序降低干扰在有用信号中的比重。与模拟滤波器相比，数字滤波的优点在于：①通过改变程序，就可方便灵活地调整参数；②可以对极低频率的信号（如0.01Hz）实现滤波；③不需要增加硬件设备，各通道可选用同一数字滤波程序。对于简单的数字滤波器设计可采用基于算术平均值法的平滑滤波器和一阶数字滤波器等；对于比较复杂的滤波器可采用模拟化设计方法。 模拟化设计法以模拟滤波器理论为基础。从模拟滤波器理论知道，无论是低通滤波器还是高通滤波器，都可以分为几种不同类型。同样都是低通滤波器，巴特沃斯低通滤波器的通带特性最平、切比雪夫低通滤波器高频段衰减最快、贝塞尔低通滤波器则具有线性相移特性。滤波器类型不同，要求的传递函数的系数也不相同。 * 其中G，b0，b1，…bn－1为待定系数。 高通滤波器的传递函数为： 其中G，a0，a1，…an－1为待定系数。 带通滤波器的传递函数为： 低通滤波器的传递函数为： * 其中 ，G，b0，b1，…bn－1为待定系数，ω0为通带中心角频率，Bs为带宽。 根据模拟化设计法，数字滤波器的设计步骤如下： ①根据要求的滤波器性质（低通、高通、带通等），决定滤波器的传递函数形式。 ②根据要求的滤波器特性（通带特性、截止频率、通带外的衰减速度、相移特性等），选取滤波器类型、阶次并决定相应的传递函数的系数。 ③将所得到的滤波器的模拟传递函数离散化，得到相应的差分方程。 ④根据差分方程编写数字滤波程序。 * §9.3 传感器的智能化 一、传感器的智能化概念 传感器的智能化指传感器与微处理机可分为两个独立部分， 传感器的输出信号经处理和转化后由接口送入微处理机部分进行运算处理。这类智能传感器主要由传感器、微处理器及其相关电路组成。 * 工作流程（原理）可以描述为：传感器将被测的物理量转换成相应的电信号, 送到信号调理电路中, 进行滤波、放大、模-数转换后, 送到微处理机中。 微处理机是智能传感器的核心, 它不但可以对传感器测量数据进行计算、存储、数据处理, 还可以通过反馈回路对传感器进行调节。 由于微处理机充分发挥各种软件的功能, 可以完成硬件难以完成的任务, 从而大大降低了传感器制造的难度, 提高了传感器的性能, 降低了成本。 * 二、传感器的智能化实例 ⒈智能式应力传感器 图9.6是智能式应力传感器的硬件结构图，智能式应力传感器可用于测量飞机机翼上各个关键部位的应力大小，并判断机翼的工作状态是否正常以及故障情况。它共有6路应力传感器和1路温度传感器，其中每一路应力传感器由4个应变片构成的全桥电路和前级放大器组成，用于测量应力大小。温度传感器用于测量环境温度，从而对应力传感器进行误差修正。采用8031单片机作为数据处理和控制单元。 * 图9.6 智能式应力传感器的硬件结构图 *