5.3 传感器信号的非线性校正（课件）-高一《传感器及应用》同步精品课堂（高教版—第2版）

5.3 传感器信号的非线性校正 传感器及应用 第一章 常用低压电器 1 学习目标 知识目标 熟悉和掌握传感器信号的非线性校正。 能力目标 理解和运用校正曲线的求取、模拟量的非线性校正以及数字量非线性校正等内容进行掌握。 情感目标 注重基本概念、基本原理、基本方法的阐述，并考虑中等职业教育的特点，避免了理论推导，增强了实际应用等方面的知识。 新课导入 思考：分小组总结数字量非线性校正的内容。 新知学习 一 、校正曲线的求取 在自动检测系统中，利用传感器把被测量转换成电量时，大多数传感器的输出电量与 被测量之间的关系并非为线性关系。造成非线性的原因很多 例如 ② 测量转换电路的非 线性，如不平衡电桥单臂工作桥是非线性的等。此外，不少近似线性关系的转换电路均 为相对于一定测量精度和范围而言，随着这些要求的提高，非线性问题也就不容忽视了。 ①传感元件变换原理 的非线性，如测温用铂电阻在0～650℃范围内，R₁=R 。(1+At+Bt²) 新知学习 一 、校正曲线的求取 对于这些问题的解决不外乎三种办法： 三种办法 ②采用非线性指示刻 度 ①缩小测量范围，取近似值 ③加非线性校正环节 新知学习 一 、校正曲线的求取 为了减小或消除非线性误差，必须采用一些非线性校正电路。这些非线性校正电路是利用 许多折线段逼近所需的补偿特性曲线，只要折线段足够多，就能以足够高的精度构造出任何形 状的补偿特性。对于一些有规律的非线性关系，例如开方、乘方、倒数、指数、对数特性，可 以采用相应的运算电路进行线性化处理。 新知学习 一 、校正曲线的求取 当已知变换器的输出特性时，可以求出相应的校正特性。 一个简单的处理办法就是先把校 正环节的电压增益看作1,在已知的非线性特性的最大、最小值之间连一条直线，然后以此直线为对称轴，作非线性特性的镜像，则此镜像为所需的校正特性。 新知学习 一 、校正曲线的求取 特性①是已知的变换器特性，求取x对应的 A。点后，作出直线②,再作特性①相对于直线②的镜像，则得所需 的校正特性③。为了避免作图过程中特性③进入第二或第四象限， 作特性①时应适当地选取x 、y 坐标的比例尺。校正环节的电压增益 可以在求得校正曲线后考虑。 新知学习 二 、模拟量的非线性校正 根据传感器的非线性特性，作出校正特性曲线后，将校 正特性曲线 y=f₁(x) 用多条有限的折线来逼近,然后根据各转折点x; 和各段折线的斜率来设计校正电 路。设计校正电路需要有非线性元件或利用某元件的非线性 区域，例如磁性材料的饱和区，晶体管的截止、饱和特性， 二极管的截止、饱和特性等。 新知学习 二 、模拟量的非线性校正 目前，最常用的是利用二极管 组成非线性电阻网络来产生折点，并与运算放大器组成校正 放大电路。 新知学习 二 、模拟量的非线性校正 图5-4a 是一种斜率提升的校正电路，它也是由反相放大 器构成的，当VD₁ 、VD₂ 均不导通时，闭环放大器是一个负反馈放大器，随着 U; 增大，输出电压 U。反馈增大， VD₁ 导通，电路将引入正反馈，其结果使放 大倍数提高。当VD₂ 导通时，正反馈作用加强，放大倍数进一步提高。因而 U 。-U,特性是一 条斜率提升曲线，在图5-4b 中，纵坐标表示输出电压绝对值大小。 新知学习 三 、数字量非线性校正 非线性校正装置也可以放置在 A/D 转换之后，过去这些数字量的线性化都是采用硬件处理技术来实现的。硬件处理的一种方法是采用非线性 A/D 转换器，它利用A/D 转换器的转换 机理有意识地造成其某种非线性，以补偿传感器的非线性。目前已有集成化产品，它结构紧 凑，转换精度高，使用方便。 新知学习 三 、数字量非线性校正 这种方法有许多优点： 01 02 03 它省去了复杂的硬件补偿电路，可简化装置 可以发挥计算 机的智能作用，提高了检测的准确性和精度 适当改变软件内容就可对不同的传感器特性进行 补偿，也可利用一台微机对多个通道、多个参数进行补偿 新知学习 三 、数字量非线性校正 用软件实现传感器特性线性化， 一般需要进行两方面的工作： 01 02 首先由于大部分仪表、传感 器输出量是模拟量(电压、电流)或频率量，需要将它们变成数字量，亦即使特性数字化 其次是将特性数据表格存于内存，通过微处理器执行程序，对采样信息进行数据处理，实现特 性数据的线性化 新知学习 三 、数字量非线性校正 采用软件实现数据线性化， 一般有三种方法 计算法 插值法 查表法 新知学习 一 、数据采集系统的组成 当传感器的输入量与输出量之间有确定的数学表达式时，就可以采用计算 法进行非线性补偿。计算法就是在软件中编制一段完成数学表达式的计算程序，当被测量经过 采样、滤波和变换后，直接进入计算程序进行计算，计算后的数值为经过线性化处理的