收稿日期:20120513;修回日期:20120621 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60976058)
作者简介:景婧(1987),女,山西运城人,硕士研究生,主要研究方向为传感器技术、数据处理(jingjing13995@126.com).
应变式称重传感器的非线性校正
景 婧
(东华大学 信息科学与技术学院,上海 201620)
摘 要:因受自身材质、工艺的限制以及外界环境影响,应变式称重传感器输入—输出特性存在非线性误差,影
响系统测量精度,需要对其进行非线性校正。采用曲线拟合法建立传感器逆模型,并存储于单片机中用于非线
性校正,结合外围硬件电路完成对被测数据的采集与实时处理。设计完成的测量系统具有一定的环境自适应性
和智能化特点。实验结果表明,校正后系统的非线性和零点漂移得到明显改善,同时软、硬件相结合的设计方式
具有较高的应用价值。
关键词:应变式称重传感器;非线性校正;曲线拟合;系统实现
中图分类号:TP212.1 文献标志码:A 文章编号:10013695(2013)01018903
doi:10.3969/j.issn.10013695.2013.01.048
Nonlinearcompensationofstraintypeweighingsensor
JINGJing
(SchoolofInformationScience&Technology,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)
Abstract:Theobjectiveofthisresearchwastoinvestigatethepossibilityofcompensatingforthenonlinearityofthestraintype
weighingsensor.Becauseoftheinternalandexternalfactors
,therelationshipbetweentheinputweightandtheoutputvoltage
ofthesensorpresentednonlinearcharacteristic.Thispaperappliedthecurvefittingmethodtoestablishtheinversemodelof
theweighingsensor.Itusedthemodelheldinthemicrocontrollertocompensateforthenonlinearityofthesensorinrealtime.
Theresearchresultsshowthatthisprocessingmethodcanimplementthenonlinearcompensationofthesensorandeliminateze
rodrifteffectively.Hardware/softwarecodesignhasbeenconfirmedhelpfulandpracticalinsystemdesign.
Keywords:straintypeweighingsensor;nonlinearcompensation;curvefitting;systemimplementation
传感器技术广泛应用于各行各业,它的误差大小直接影响
到测控系统的性能和测量准确度。现代测控系统对传感器的
准确度、稳定性和工作条件都提出了更高的要求。应变式称重
传感器是电子衡器的核心部件,在工业、农业等领域的生产、销
售、质量控制、产品分级等诸多环节具有重要的作用。然而受
自身材质、工艺等条件的限制以及温度等外界环境影响,其输
入—输出特性存在非线性误差。为了保证传感器输入输出之
间具有线性关系,除了对其本身在设计和工艺上采取一定措施
之外,还必须对它进行非线性补偿。
最早的补偿方法是采用硬件处理方法来实现的
[1]
,但这
种方法缺乏灵活性,并且硬件电路的介入本身又会带来新的非
线性因素,补偿工艺的复杂很大程度上限制了生产的效率。随
着计算机技术的广泛应用,利用其强大的数据处理能力,一定
程度上改善了传感器系统的静态特性。常用的补偿方法有查
表法、支持向量 机法
[2,3]
、归 十 算 法
[4]
、神 经 网 络法、遗 传 算
法
[5~7]
等。然而,算法越复杂、编程难度越大,非线性校正模块
依旧存在不可忽视的系统误差。本文利用单片机数据处理的
优越性,运用软件方法———曲线拟合方法实现应变式称重传感
器的非线性校正。将传感器与单片机结合起来,把校正模型存
储于单片机中,结合外围电路实现对称重传感器的实时补偿,
构成一个具有非线性校正功能的称重传感器测试系统,提高了
传感器的测量精度和可靠性。
"
应变式称重传感器结构及误差分析
应变式称重传感器主要由双孔悬臂梁、应变片以及电桥电
路组成。悬臂梁作为弹性敏感元件是应变式称重传感器的核
心元件,它将被测重量转换为弹性体应变值,具有结构刚度高、
稳定性好等特点
[1,8]
。应变片基本原理是利用了金属的电阻
应变效应,即金属导体在外力作用下发生机械形变时,其电阻
值随着所受机械形变(伸长或缩短)的变化而发生变化,它作
为转换元件将弹性体的应变同步转换为电阻值的变化。当弹
性体受重量作用时,应变片阻值发生变化,经电桥作用后输出
电压信号。
传感器结构如图
1所示。板状梁上开有两个孔,在孔的上
下对称贴有四个相同的应变片。其中:R
1
、R
3
贴于梁上表面,
受拉伸力作用;
R
2
、R
4
贴于梁下表面,受压缩力作用。如图 2
所示,R
1
、R
2
、R
3
和 R
4
共同构成全桥电路,电位器 W
0
和 R
0
为
电桥调节平衡。被测重量施加于悬臂梁自由端,通过测量传感
器输出电压 U的大小即可反映 W的数值大小。
第 30卷第 1期
2013年 1月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol30No1
Jan.2013
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