- 一種可借鑒的傳感器輸入標定技術-輸入標定過程
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2015/3/26
針對力和位移傳感器的輸入標定技術，并根據理想傳感器靈敏度計算了硬件增益和通道增益，同時以軟件方式進行了修正。通過工程實際驗證，這種方法標定結果準確，便于操作，具有工程推廣價值。
輸入標定過程
以力傳感器輸入通道的標定過程為例予以說明。力的標定過程分為兩部分進行。
3.1輸入通道增益和零偏的標定
如采用一個獨立的精確電源作為輸入，返回信號需要通過一個1 MΩ的電阻連接到模擬地。避免由信調器電路的輸入電流的偏差而帶來的輸入電壓的不穩定。同樣，也需要測量激勵電壓在電纜末端的電壓值，并把它考慮進來。所以，強烈建議用戶采用標定盒來進行標定。
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.
確定反饋信號量程范圍是從-10 ~ +10 V.為了能夠充分利用整個量程，最理想的辦法是采用放大系數，這個放大因子可以把反饋信號放大到±10 V范圍內。通過兩個步驟來實現，一是采用硬件增益，另一是輸入通道標定增益。
現以硬件增益為例，選擇能夠把反饋信號放大到小于或等于10 V的放大系數。可以看到采用放大系數500倍時最接近10 V，因此它就是我們需要的最理想的放大系數。必須確保最終電壓不超過極限(-10 ~ +10 V)。若超過了極限，可能出現無法預測的后果。
在確定了硬件增益后，再把一個mV級高精度電源或一個標定盒或參考力傳感器連接到計算機系統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。為了確保最終信號不會高于+10 V或低于-10 V，建議標定工作在滿量程的50%范圍內進行。
例如，與所選硬件增益500對應的理想靈敏度為：
10 V反饋電壓/(10 V激勵電壓×500)= 2 mV/V
需要注意的是，激勵電壓以+5 V、-5 V形式給出，而要以一個mV級高精度電源來仿真模擬力傳感器輸出信號，一般可選擇+10mV和-10mV作為輸出來模擬50%的載荷。這樣：
5 V激勵電壓(50%的10 V激勵電壓)×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%量程的模擬信號輸入(10 mV)，同時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%.為了把這個值調整到準確的50%，就需要對輸入通道進行標定。選擇菜單中的“Calibrate”按鈕，就可以打開如圖4所示的窗口。
圖4 輸入通道標定增益和零偏
對話框中的“Current Values”方框中顯示來自輸入反饋的mV電源、標定盒或參考力傳感器的當前電壓百分數值。“Unscaled value”應該顯示一個接近-50%的讀數。點擊“Copy”，把這“Unscaled value”復制到“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%)。
轉換mV級電源或力傳感器的極性。“Unscaled value”
應該顯示一個接近+50%的讀數。把這個值復制到“Unscaledvalue”列的第二行，并在“Scaled value”列的第二行輸入+50%的值。
現在，按下“Calculate(計算)”按鈕，軟件開始計算該傳感器輸入通道標定增益和零偏以達到期望的Scaled值。按下“Apply(應用)”按鈕，這些值將被保存到計算機軟件系統中。
3.2力傳感器的增益和零偏標定
這個問題實際上就是力傳感器標定的設定，即參數表格中的增益和零偏。
上述輸入通道標定增益和零偏，都是以理想力傳感器靈敏度進行的，而最終實際的力傳感器靈敏度并不等同于理想力傳感器靈敏度，因此為了得到真實的力反饋信息，就需要對上述輸入通道的標定增益和零偏進行修正。方法如下：
(1)對實際力傳感器的靈敏度進行補償。修正系數利用公式計算：
修正系數=理想靈敏度(mV/V)/實際靈敏度(mV/V)示例：LC靈敏度修正系數= 2 / 1.979 8 = 1.010 2.
(2)系統的最終增益。利用公式計算：
系統的最終增益=輸入通道標定增益×LC靈敏度修正系數示例：系統最終增益= 1.004 37×1.010 2 = 1.014 61.
(3)將真實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。如果不正確的話，給系統增益改變一下正負號。
(4)由于力傳感器自身的靜態零偏或施加在力傳感器上的質量，可以看到一個小的零點偏移。在軟件圖形窗口中看到的偏移值，從系統零偏(System offset)中加上或減去(如果需要的話)這個值。
(5)保存力傳感器的LC靈敏度修正系數、系統最終增益和系統零偏(Save the configuration)到軟件系統中。
至此，就完成了實際力傳感器的輸入標定。
4 結語
本傳感器(力、位移)輸入標定實現方法，首先按實際要接入的傳感器相對應的理想傳感器對輸入通道(硬件)進行標定，得到理想傳感器輸入通道標定增益和零偏;最后對實際要接入的傳感器(軟件)進行補償，得到系統最終增益及系統零偏。
這一方法可方便、精確地實現計算機系統傳感器輸入標定。譬如，一個力傳感器需要經常在計量部門標定，只需根據新標定的實際靈敏度，重新計算出LC靈敏度修正系數、系統最終增益及得到系統零偏，即可完成對該對力傳感器的輸入標定。這一方法已經在計算機測控系統得到應用，效果良好，值得推廣和借鑒。
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