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- 一種可借鑒的傳感器輸入標(biāo)定技術(shù)-輸入標(biāo)定過程
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2015/3/26
針對(duì)力和位移傳感器的輸入標(biāo)定技術(shù)，并根據(jù)理想傳感器靈敏度計(jì)算了硬件增益和通道增益，同時(shí)以軟件方式進(jìn)行了修正。通過工程實(shí)際驗(yàn)證，這種方法標(biāo)定結(jié)果準(zhǔn)確，便于操作，具有工程推廣價(jià)值�！�
輸入標(biāo)定過程
以力傳感器輸入通道的標(biāo)定過程為例予以說明。力的標(biāo)定過程分為兩部分進(jìn)行。
3.1輸入通道增益和零偏的標(biāo)定
如采用一個(gè)獨(dú)立的精確電源作為輸入，返回信號(hào)需要通過一個(gè)1 MΩ的電阻連接到模擬地。避免由信調(diào)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(cè)量激勵(lì)電壓在電纜末端的電壓值，并把它考慮進(jìn)來。所以，強(qiáng)烈建議用戶采用標(biāo)定盒來進(jìn)行標(biāo)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(hào)量程范圍是從-10 ~ +10 V.為了能夠充分利用整個(gè)量程，最理想的辦法是采用放大系數(shù)，這個(gè)放大因子可以把反饋信號(hào)放大到±10 V范圍內(nèi)。通過兩個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)，一是采用硬件增益，另一是輸入通道標(biāo)定增益。
現(xiàn)以硬件增益為例，選擇能夠把反饋信號(hào)放大到小于或等于10 V的放大系數(shù)�？梢钥吹讲捎梅糯笙禂�(shù)500倍時(shí)最接近10 V，因此它就是我們需要的最理想的放大系數(shù)。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(xiàn)無法預(yù)測(cè)的后果。
在確定了硬件增益后，再把一個(gè)mV級(jí)高精度電源或一個(gè)標(biāo)定盒或參考力傳感器連接到計(jì)算機(jī)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(dá)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(hào)不會(huì)高于+10 V或低于-10 V，建議標(biāo)定工作在滿量程的50%范圍內(nèi)進(jìn)行。
例如，與所選硬件增益500對(duì)應(yīng)的理想靈敏度為：
10 V反饋電壓/(10 V激勵(lì)電壓×500)= 2 mV/V
需要注意的是，激勵(lì)電壓以+5 V、-5 V形式給出，而要以一個(gè)mV級(jí)高精度電源來仿真模擬力傳感器輸出信號(hào)，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(lì)電壓(50%的10 V激勵(lì)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(hào)輸入(10 mV)，同時(shí)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(gè)值調(diào)整到準(zhǔn)確的50%，就需要對(duì)輸入通道進(jìn)行標(biāo)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(biāo)定增益和零偏
對(duì)話框中的“Current Values”方框中顯示來自輸入反饋的mV電源、標(biāo)定盒或參考力傳感器的當(dāng)前電壓百分?jǐn)?shù)值�！癠nscaled value”應(yīng)該顯示一個(gè)接近-50%的讀數(shù)。點(diǎn)擊“Copy”，把這“Unscaled value”復(fù)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(zhuǎn)換mV級(jí)電源或力傳感器的極性�！癠nscaled value”
應(yīng)該顯示一個(gè)接近+50%的讀數(shù)。把這個(gè)值復(fù)制到“Unscaledvalue”列的第二行，并在“Scaled value”列的第二行輸入+50%的值。
現(xiàn)在，按下“Calculate(計(jì)算)”按鈕，軟件開始計(jì)算該傳感器輸入通道標(biāo)定增益和零偏以達(dá)到期望的Scaled值。按下“Apply(應(yīng)用)”按鈕，這些值將被保存到計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)中。
3.2力傳感器的增益和零偏標(biāo)定
這個(gè)問題實(shí)際上就是力傳感器標(biāo)定的設(shè)定，即參數(shù)表格中的增益和零偏。
上述輸入通道標(biāo)定增益和零偏，都是以理想力傳感器靈敏度進(jìn)行的，而最終實(shí)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(shí)的力反饋信息，就需要對(duì)上述輸入通道的標(biāo)定增益和零偏進(jìn)行修正。方法如下：
(1)對(duì)實(shí)際力傳感器的靈敏度進(jìn)行補(bǔ)償。修正系數(shù)利用公式計(jì)算：
修正系數(shù)=理想靈敏度(mV/V)/實(shí)際靈敏度(mV/V)示例：LC靈敏度修正系數(shù)= 2 / 1.979 8 = 1.010 2.
(2)系統(tǒng)的最終增益。利用公式計(jì)算：
系統(tǒng)的最終增益=輸入通道標(biāo)定增益×LC靈敏度修正系數(shù)示例：系統(tǒng)最終增益= 1.004 37×1.010 2 = 1.014 61.
(3)將真實(shí)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(hào)。如果不正確的話，給系統(tǒng)增益改變一下正負(fù)號(hào)。
(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(zhì)量，可以看到一個(gè)小的零點(diǎn)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(gè)值。
(5)保存力傳感器的LC靈敏度修正系數(shù)、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(shí)際力傳感器的輸入標(biāo)定。
4 結(jié)語
本傳感器(力、位移)輸入標(biāo)定實(shí)現(xiàn)方法，首先按實(shí)際要接入的傳感器相對(duì)應(yīng)的理想傳感器對(duì)輸入通道(硬件)進(jìn)行標(biāo)定，得到理想傳感器輸入通道標(biāo)定增益和零偏;最后對(duì)實(shí)際要接入的傳感器(軟件)進(jìn)行補(bǔ)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(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳感器輸入標(biāo)定。譬如，一個(gè)力傳感器需要經(jīng)常在計(jì)量部門標(biāo)定，只需根據(jù)新標(biāo)定的實(shí)際靈敏度，重新計(jì)算出LC靈敏度修正系數(shù)、系統(tǒng)最終增益及得到系統(tǒng)零偏，即可完成對(duì)該對(duì)力傳感器的輸入標(biāo)定。這一方法已經(jīng)在計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)得到應(yīng)用，效果良好，值得推廣和借鑒。
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