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1、温度传感器动态校准的研究王紫君1406014201摘要：本文综述了传感器动态校准的现状,包括它的概念特点数据处理方法等。特别是针对温度传感器动态校准的方法进行了研究,给出了校准装置的选择和评定结果的一些方法。关键词:温度传感器动态校准数据处理1引言随着科学技术的不断发展,非电量的测试与控制技术已经越来越广泛地应用,尤其是在航天、航海、冶金、能源、生物医学、交通运输、自动检测与计量和称重等技术领域。而且随着社会的发展,这种技术也逐步渗透到人们的日常生活中。可以毫不夸张地说,测试技术与自动控制技术水平的高低是衡量科学技术现代化程度的重要标志之一[1]。传感器是实现测试与自动控制的首要环节。如果
2、没有传感器对原始信息进行准确可靠的捕获和转换,计算机发展的水平再高,依旧无法进行测试和自动控制。任何一种传感器在制造、使用时都需要对其设计指标进行一系列实验,以确定传感器的基本性能。2传感器动态校准的研究现状2.1国内外研究现状传感器的动态校准一直是学术领域一个比较活跃的课题。近十几年来,它从原来主要应用于军事国防领域,逐渐向民用领域转变,使得在这方面研究的人越来越多。对传感器的动态校准,国外相对而言研究的时间较长,涉及的领域也更宽一些。像美国、俄罗斯、德国、印度等,都取得了较高的水平。在国内,特别是近5、6年,一些研究院所和部分大学在该领域都进行了深入的研究,取得了比较令人满意的成果。2
3、.2动态校准的概念动态测量与静态测量相比,不仅要使用响应足够快的传感器和二次仪器,而且还要进行从原始测量结果到最终测量结果的复杂解算,即信号恢复。为了使信号恢复成为可能,必须事先知道所使用的传感器的动态响应特性。动态校准就是在这样的客观需求的情况下,产生并发展起来的。静态校准以量值(或标量)表示,而动态校准是确定一个函数(或矢量),可以将其理解为在规定条件下,为确定传感器动态响应特性的一组操作。2.3传感器动态校准的内容传感器进行动态校准,主要由两方面因素决定:1.动态标定由于传感器广泛应用于生产过程的自动检测,新型传感器不断被研制出来。为了准确把握传感器的动态性能,需要对其进行动态标定。
4、2.动态校核传感器由于长期使用,或者对于自制的传感器,在使用中都会存在时漂、温漂,或者某些参数发生变化的现象。这将导致传感器灵敏度、零位发生较显著的变化[2]。2.4改善动态特性的方法改善传感器的动态特性,也就是进行动态校准的根本目的。这可以从生产角度和使用角度两方面进行考虑:1.生产角度———动态补偿模拟滤波器对生产厂家而言,可以将调整好的模拟滤波器制成的专用芯片、传感器及其放大电路方便地封装起来,形成一体。这将从硬件上使得传感器的动态特性得到根本改善。它的优势在于使传感器的整体性能得以提高,而且运算速度快、体积小,可以达到快速响应和取得高分辨率。2.使用角度———动态补偿数字滤波器如果
5、用户使用的传感器动态性能变坏,再采取动态补偿模拟滤波器的方法就不太可能了。在这种情况下,只能通过使用计算机,用软件的方法改善测试系统的动态性能。通过编写简单的补偿数字滤波器程序,就可以在没有增加硬件的条件下,使整个通道的动态性能大为改善。对一般用户而言,常采用第二种方法,改善传感器的动态特性。2.5动态校准实验数据处理方法对传感器进行动态校准,既可以在时域,又可以在频域。由于多数传感器的动态校准是在时间域里进行的,例如用激光对温度传感器进行动态校准,用激光管做压力传感器的动态校准,用落锤装置做加速度传感器的动态校准等,所以下面介绍的数据处理方法是基于时域的情况。1.发展历史早期的数据处理方
6、法多用Bowersox和Carlson方法。后来,又出现了由过渡过程求频率特性的阶梯线性方法。快速付氏变换技术也是目前常用的一种方法。2.目前常用方法这里给出的动态校准实验数据处理方法是较常用的一种。该方法简单明了有效,共分为四个步骤:(1)得到传感器的瞬态响应以后,使用最小二乘法,求出差分方程模型。(2)使用Z变换,将差分方程变换为离散传递函数。(3)采用输出响应不变法或双线性变换将离散传递函数变为连续传递函数。因为离散传递函数必须注明t和激励信号的类型,而连续传递函数不存在这个问题,可以避免局限性。(4)令传递函数中s=jω,由传递函数计算频率特性。(5)由传递函数求瞬态响应。根据动态
7、校准时所采用的激励信号和已求得的传递函数,便可求出模型计算的瞬态响应。将计算值与实验值绘在同一坐标中,便可以判断模型的好坏。在建立数学模型时,可以多种方法并用,不必拘泥于一种处理方法。3温度传感器的动态校准前面谈到的传感器动态校准的各方面对所有类型的传感器都适用。下面对温度传感器的一些特殊情况进行讨论。在温度测量中,现在最常见的情况是进行瞬态温度测量,尤其表现在工业和军用上。它的特点是温度高、变化快,根据不同的场合可能存
