1、第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n本章主要介绍传感器的补偿技术、传感器的标定 、抗干扰技术n重点是传感器的补偿技术和传感器的抗干扰技术n难点传感器的补偿方法 第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n非线性误差及补偿非线性误差及补偿n 利用传感器把许多物理量转换成电量时，大多数传感器的输出电量与被测物理量之间的关系不是线性的。产生非线性的原因，一方面是由于传感器变换原理的非线性；另一方面是由于转换电路的非线性。同时，传感器具有离散性，还可能产生温漂、滞后等。因此，为了保证测量仪表的输出与输入之间具有线性关系，除了对传感器本身在设计和制
2、造工艺上采取一定措施外，还必须对输入参量的非线性进行补偿，或称线性化处理。n 采用软件实现数据线性化，一般有三种方法：计算法、查表法和插值法， 第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n1. 1. 计算法计算法n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，计算后的数值即为经过线性化处理的输出量。 第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n2. 2. 查表法查表法n所谓查表法，就是事先把检测值和被检测
3、值按已知的公式计算出来，或者用测量法事先测量出结果，然后按一定方法把数据排成表格，存入内存单元，以后微处理机就根据检测值大小查出被测结果。n查表法可以完成数据补偿、计算、转换等功能，它具有程序简单、执行速度快等优点。常用的查表法有顺序查表法和对分搜索法。 第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术 3. 3. 插值法插值法 插值法就是用一段简单的曲线，近似代替这段区间里的实际曲线，然后通过近似曲线公式，计算出输出量。使用不同的近似曲线，就形成不同的插值方法。在仪表和传感器线性化中常用的插值方法有下列几种。1) 线性插值法(又称折线法)n当检测值确定后，首先通过查表确定所
4、在区间，再顺序调到预先计算好的系数项，然后代入插值公式计算出。 )(11kikkkkkixxxxyyyy第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n2) 二次插值法(又称抛物线法)n它的基本思想是用 段抛物线，每段抛物线通过3个相邻的插值接点，来代替函数 的值。可以证明， 的计算公式为iy( )yf xn12211211212221()()()()()()()()()()()()ikikikiiikkkkkkkkkkikikkkkkkxxxxxxxxyyyxxxxxxxxxxxxyxxxx第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术 温度误差及补偿
5、温度误差及补偿第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术几种传感器的温度补偿方法几种传感器的温度补偿方法1. 零点补偿 检测系统在零输入信号时(对某些检测可能是空载)，包括信号输入放大器及微机接口电路在内的整个检测部分的输出应为零，但由于零点漂移的存在，它的输出不为零。此时的输出值实际上就是仪表的零点漂移值。微机系统可以把检测到的零漂(即零点漂移的简称)值存入内存中，而后在每次的测量中都减去这个零漂值，这就能实现零点补偿。 第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术2. 零漂的自动跟踪补偿 在有微机参与的仪表中，可以借助于软件实施零漂的自动跟踪补
6、偿，用跟踪到的零漂值对被测量的采样值进行修正，就可以得到满意的结果。第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n传感器的标定传感器的标定n传感器的标定是利用精度高一级的标准器具对传感器进行定度的过程，从而确立传感器的输入量与输出量之间的关系。同时，也确定出不同使用条件下的误差关系。 n根据输入信号的特点可以将检定系统分为静态和动态两种，因此传感器的标定也有静态标定和动态标定两种。 第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n1. 1. 传感器的静态特性的标定方法传感器的静态特性的标定方法n传感器的静态特性是在静态标准条件下进行标定的。静态标准条件
7、主要包括：没有加速度、振动、冲击(除非这些参数本身就是被测量)及环境温度一般为室温( 2 0 5 ) 、 相 对 湿 度 不 大 于 8 5 % 、 气 压 为(1017)kPa等条件。n传感器的静态标定一般包括如下步骤：传感器的静态标定一般包括如下步骤：第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术 将传感器的测量范围(全量程)分成若干等间距点。 根据传感器测量范围的分点情况，由小到大，逐点递增输入标准量值，并记录下与各点输入值相对应的输出值。然后再将输入量由大到小逐点递减，并记录下与各点输入值对应的输出值。 对传感器进行正反行程往复循环多次测试(一般为3次10次)，并将
8、得到的输出输入测试数据用表格列出或画成曲线。 对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以得到传感器的校正曲线，进而可以确定出传感器的灵敏度、线性度、迟滞和重复性。第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术 2. 2. 传感器动态特性的实验确定法传感器动态特性的实验确定法 动态特性的实验确定方法常常因传感器的形式(如机械的、电气的、气动的)不同而不完全一样，但从原理上一般可分为阶跃信号响应法、正弦信号响应法、随机信号响应法和脉冲信号响应法等。第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n抗干扰技术抗干扰技术 “干扰”在检测系统中是一种无用信号，它会
9、在测量结果中产生误差。因此要获得良好的测量结果，就必须研究干扰来源及抑制措施。通常把消除或削弱各种干扰影响的全部技术措施，总称为抗干扰技术或称为防护。n干扰的产生干扰的产生 干扰(也叫噪声)是指测量中来自测量系统内部或外部，影响测量装置或传输环节正常工作和测试结果的各种因素的总和。第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术 干扰的产生主要有两大类：电气设备干扰和放电干扰。电气设备干扰主要有射频干扰、工频干扰和感应干扰等；放电干扰主要有弧光放电干扰、火花放电干扰、电晕放电干扰和天体、天电干扰等。 根据干扰产生的原因，通常可分为以下几种类型。 1. 机械干扰 2. 热干扰
10、3. 光干扰 4. 湿度干扰 5. 化学干扰6. 电磁干扰第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n干扰信号的耦合方式干扰信号的耦合方式 干扰信号进入接收电路或测量装置内的途径，称为干扰信号的耦合方式。干扰的耦合方式主要有：电磁耦合、静电电容耦合、漏电流耦合、共阻抗耦合。1. 1. 电磁耦合电磁耦合 电磁耦合(电感性耦合)是由于电路之间存在互感，使一个电路的电流变化，通过磁交变影响到另一个电路。第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术两个电路电磁耦合示意图和等效电路。第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n2. 2
11、. 静电电容耦合静电电容耦合 静电电容耦合是由于两个电路之间存在寄生电容，产生静电效应，使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。 第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n3. 3. 漏电流耦合漏电流耦合 由于绝缘不良，流经绝缘电阻的漏电流IN作用于有关电路引起的干扰，称为漏电流耦合。 第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n4. 4. 共阻抗耦合共阻抗耦合 共阻抗耦合是由于两个电路间有公共阻抗，当一个电路中有电流流过时，通过共阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术常用的抑制干扰的
12、措施常用的抑制干扰的措施 1. 接地技术 接地是保证人身和设备安全、抗噪声干扰的一种方法。 地线的种类主要有屏蔽接地线或机壳接地线、信号接地线(模拟、数字接地线)、负载接地线和交流电源地线等。 第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术1) 低频电路(f1MHz)一点接地第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术多级电路的一点接地第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术2) 2) 高频电路高频电路(f(f10MHz)10MHz)大面积就近多点接地大面积就近多点接地 大面积多点接地 第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术2. 2. 屏蔽技术屏蔽技术 利用金属罩(铜、铝等铁磁材料)将信号源或测量电路包围起来，此种措施称为屏蔽。屏蔽的目的就是隔断场的耦合通道，抑制各种场的干扰。 1) 静电屏蔽 2) 低频磁屏蔽 3) 电磁屏蔽 4) 驱动屏蔽 第第1212章章 传感器的补偿和抗干扰技术传感器的补偿和抗干扰技术n3. 3. 浮空浮空 浮空又称浮置、浮接。如果检测装置的输入放大器的公共线，既不接机壳也不接大地，则称为浮空。
