自学习式传感器定标系统技术方案

本发明专利技术与传感器非线性校正定标有关．本发明专利技术提供一种适用于各类传感器非线性校正定标的自学习式传感器定标系统．该系统由传感器、定标仪、定标处理系统组成，具有自学习功能．传感器校正定标时，自动完成定标取样，传感器非线性校正处理和定标仪精确设定工作．在传感器测量工作时，在定标仪上精确显示测量值．这种技术使传感器校正定标方便、迅速，定标仪结构简单，适用性强，测量范围宽．有利于计量标准化．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术与传感器非线性校正定标有关。英国专利GB2065890提出了简化仪器结构的技术，但是必须以精确知道传感器特性为基础。校正定标过程十分复杂。由于受非线性校正电路的限制，使其无法在很宽的测量范围内进行校正。本专利技术的任务是提出一种结构简单、校正定标迅速、测量范围广、适用于各种传感器并且具有自学习功能的自学习式传感器定标系统。对此，本专利技术提出下述设想。采用可控增益放大器，使增益变化范围得以放宽，达到扩大传感器非线性校正定标的测量范围之目的。借助可控增益放大器和定标仪中微处理机的非线性校正技术，降低对传感器线性度的要求。通过前面所述技术与调换传感元件，对各种传感器作校正定标。利用自学习功能免去校正定标必须以精确知道传感器特性为基础的要求。自学习式功能由自学习式传感器定标系统提供。为能迅速校正定标，数据处理采用实时方式进行，并设计可快速进行连续变化的定标环境变化装置。本专利技术提出的自学习式传感器定标系统的特征在于该系统由传感由。定标仪和定标处理系统组成。定标仪以微处理机为主体，装有与微处理机相联的由可控增益放大器、数字增益控制器组成的主测量通道和含有放大器的辅助测量通道。定标处理系统由数据处理计算机、标准测量仪器、标准测量元件、补偿测量元件、定标环境变化装置构成。定标测量环境包括主测量传感元件、辅助测量元件、标准测量元件、补偿测量元件和定标环境变化装置。由于定标仪结构简单，整台定标仪包括作为电源的电池(如锂电池)在内，其体积不超过80×60×16mm。又由于没有任何调节元件和调换元件。定标仪的可靠性很高，生产工艺简单、周期短。对传感器的校正定标过程由自学习式传感器定标系统以实时方式自动完成，操作十分简便。只要在生产部门或标准计量部门配备定标处理系统，就可以对各台定标仪进行校正定标。平时定标处理系统的数据处理计算机和标准测量仪器仍可以发挥各自的作用。任何种类的传感器，只要将输出变换成电压信号，都可接定标仪。无论传感器非线性度如何，只要变化单调、重复性好，就能保证达到很高的测量精度。以温度测量为例，主测量传感元件采用微型热敏电阻，使用定标仪测温范围可达-50℃～300℃。误差小于±0.1℃。由于使用定标环境变化装置进行连续校正定标，所以校正定标过程迅速。以位移测量为例，使用涡流式传感器，当测量范围为1～20mm时，定标校正过程在2秒钟以内。校正定标精度可达0.05μm。自学习式传感器定标系统的非线性校正定标是在数据处理计算机上进行各种曲线或曲面拟合，然后找出误差最小的定标计算程序送入定标仪，自学习式传感器定标系统以此自学习方式完成校正定标。这样就使校正定标误差最小，而存入定标仪的定标计算程序仅需几百个内存单元，甚至更少。综上所述，本专利技术提出的自学习式传感器定标系统与非线性校正传感器系统相比，具有如下优点。1.适用于各种传感器的高精度测量。降低了对传感器线性度的要求。扩大了传感器非线性校正定标的测量范围。2.数据处理计算机在完成校正定标的过程中进行各种复杂的优化，数据处理在数据处理计算机中完成，从而节省了定标仪的内存，也简化了定标仪的结构。3.定标仪结构简单，便于生产制造。4.校正定标过程方便、迅速。计量部门配备定标处理系统，就可以对各台定标仪进行统一标准定标，有利于计量标准化。图1是本专利技术的自学习式传感器定标系统的结构原理图。图2是图1所示本专利技术的自学习式传感器定标系统中标准测量仪器接口的另一种结构原理图。图3是本专利技术的另一种自学习式传感器定标系统的结构原理图。图1、2、3中标记7、8、9分别为数据总线，地址总线，控制总线。其中的虚线框分别表示如下23.定标测量环境 26.定标仪27.主测量通道 28.辅助测量通道33.传感器 34.定标处理系统35.微处理机图1为本专利技术的自学习式传感器定标系统的实施方案。自学习式传感器定标系统包括三个部分定标仪26，传感器33，定标处理系统34。在传感器校正定标时，定标仪26、传感器33和定标处理系统34连成一体。自学习式传感器定标系统的定标仪26以微处理机35为主体，含有与微处理机35相联的主测量通道27和辅助测量通道28。微处理机35由CPU1、ROM2、断电保存RAM3、RAM4、控制面板5、显示器6、运算部件25以及与数据总线7、地址总线8、控制总线9相联的联机通讯接口13、仪器接口14、A/D转换器12、通道切换15组成。其中，仪器接口14有数字串行和/或数字并行和/或模拟信号A/D转换等方式;联机通讯接口13有数字串行和/或数字并行等方式，具体使用视实际情况选定。运算部件25使用硬件乘法器，若用特殊拟合函数，则选用相应函数的运算部件或多功能运算部件。如果运算部件25省略不用，其功能由软件提供。A/D转换器12采用集成ADC。通道切换15用于主测量通道27与辅助测量通道28的切换，也可以用于多路传感器的检测。主测量通道27包括可控增益放大器10和数字增益控制器11。可控增益放大器10为由运算放大器组成的反相放大器，数字增益控制器11的数字寄存器控制反相放大器的反馈电阻，改变可控增益放大器10的增益。辅助测量通道28的放大器16可以使用类同于可控增益放大器10方式。自学习式传感器定标系统的定标处理系统34包括数据处理计算机24，标准测量仪器22，标准测量元件21，补偿测量元件31，定标环境变化装置32以及连接线29，30。其中标准测量仪器22的选用取决于测量对象;标准测量元件21、补偿测量元件31，定标环境变化装置32的设定取决于被校正定标的传感器;数据处理计算机24是具有通讯接口(如RS232C通讯接口)的各种类型的计算机;连接线29、30用于联接定标仪26。自学习式传感器定标系统的传感器33由变换器18，主测量传感元件17，辅助变换器20和辅助测量元件19构成。在传感器校正定标时，辅助测量元件19、主测量传感元件17、标准测量元件21、补偿测量元件31、定标环境变化装置32构成了本专利技术所称定标测量环境23。在定标测量环境23中，当定标处理系统化对多台定标仪26和传感器33同时作校正定标时，标准测量仪器22的输出线30同时与各台定标仪26的仪器接口14连接;各路传感器信号送到通道切换15，通道切换15分时切换各路传感器信号。如果使用数字式传感器，主测量通道27则省略，直接将数字式传感器接入定标仪26内的地址总线8、数据总线7、控制总线9。图2所示结构为图1所示本专利技术中标准测量仪器22的另一连接方法，标准测量仪器22的输出线30与数据处理计算机24相联。这种结构在校正定标时，控制服务程序在数据处理计算机24中运行，定标仪26成为数据处理计算机24的一个外部设备，整个定标取样，拟合、生成定标计算程序等工作均在数据处理计算机24中协调和处理。图3是自学习式传感器定标系统的最佳实施方案。该系统的特征在于，构成微处理机35的部件之一，16位单片控制器36使用INTEL8096，控制输入线37和控制输出线38用于过程控制;辅助测量通道28使用类似主测量通道27的可控增益放大器10方式。其它各部件的实施与图1实施方案相同。自学习式传感器定标系统的工作原理叙述如下在传感器校正定标时，定标仪26、定标处理系统34和传感器33置于定标测量环境中23中。主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自学习式传感器定标系统与传感器非线性校正定标有关，由传感器３３、微处理机３５和随机存贮器ＲＡＭ３组成，其特征在于：定标仪２６由微处理机３５为主体，装有含可控增益放大器１０和数字增益控制器１１的主测量通道２７与含放大器１６的辅助测量通道２８；定标处理系统３４包括标准测量仪器２２、数据处理计算机２４、标准测量元件２１、补偿测量元件３１和定标环境变化装置３２；定标测量环境２３由主测量传感元件１７、辅助测量元件１９、标准测量元件２１、补偿测量元件３１以及定标环境变化装置３２构成。

【技术特征摘要】
1.一种自学习式传感器定标系统与传感器非线性校正定标有关，由传感器33、微处理机35和随机存贮器RAM3组成，其特征在于定标仪26由微处理机35为主体，装有含可控增益放大器10和数字增益控制器11的主测量通道27与含放大器16的辅助测量通道28；定标处理系统34包括标准测量仪器22、数据处理计算机24、标准测量元件21、补偿测量元件31和定标环境变化装置32；定标测量环境23由主测量传感元件17、辅助测量元件19、标准测量元件21、补偿测量元件31以及定标环境变化装置32构成。2.如权利要求1所述自学习式传感器定标系统，其特征在于传感器校正定标时，传感器33、定标仪26、定标处理系统34连成一体，传感器33置于定标测量环境23中，最优的定标计算程序存入定标仪26;传感器测量工作时，定标仪26和传感器33连成一体，定标仪26对传感器33的输出信号进行校正定标计算，显示精确测量值。3.如权利要求1所述自学习式传感器定标系统，其特征在于仪器接口14采用数字并行和/或数字串行和/或模拟信号A/D转换等方式;联机通讯接口13采用数字串行和/或数字并行方式。4.如权利要求1所述自学习式传感器定标系统，其特征在于微处理机35的部件之一采用16...

【专利技术属性】
技术研发人员：张台涌，
申请(专利权)人：上海科学技术大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]