9.3测量信号的非线性变换辽宁科技大学电信学院.pptVIP

辽宁科技大学电信学院 传感器与信号调理 电子与信息工程学院 主讲人：曲强 第九章 传感器信号的加工与调理 第三节 测量信号的非线性变换 非线性校正 在自动检测系统中，利用多种传感器把各种被测量转换成电信号时，大多数传感器的输出信号和被测量之间的关系并非是线性关系。这是由于不少传感的转换原理并非线性，其次是由于采用的电路（如电桥电路）的非线性。 要解决这个问题，在模拟量自动检测系统中可采用三种方法：①缩小测量范围，取近似值。②采用非均匀的指示刻度。③增加非线性校正环节。显然，前两种方法的局限性和缺点比较明显。 9.3 测量信号的非线性变换 非线性校正的方法有硬件法和软件法。 硬件校正法： 在模拟电路中实现非线性校正，可以采用自动增益、程控IA或线性提升路进行折线逼近。 在A/D转换中实现非线性校正，是采用自动切换双积分ADC反积分时间常数的非线性A/D转换器。 9.3 测量信号的非线性变换 在数字电路中实现非线性校正，是利用输出数字量反馈控制计数器，称为加法脉冲法；或在计数器前插入乘法器，称为分段系数法。 硬件法成本高，且对有些误差难以补偿。因此，在微机检测系统中，大多采用软件校正法。 9.3 测量信号的非线性变换 开环校正法 开环校正的框架图如下 由图可以看出 从而可得 9.3 测量信号的非线性变换 由图可知希望得到的数学式为 即可以写作： 所以g是f的反函数 如果已经得到传感器输比u1与被测量x的标定曲线u1=f(x)如下图所示，就可以采用作图法来确定校正 函数的曲线 9.3 测量信号的非线性变换 9.3 测量信号的非线性变换 作图法直观，图解法步骤如下 9.3 测量信号的非线性变换 闭环校正 闭环校正系统如图所示，其相中非线性校正环节作为反馈环节并于主回路上，其本身的特性曲线 为非线性曲线。 9.3 测量信号的非线性变换 由图知线性放大器的输人信号 为： 得到： 又 得 9.3 测量信号的非线性变换 期望的检测系统为线性系统即： 则有如下式子： 可见，校正环节输人输出函数与非线性传感器特性函数具有相问的函数形式．是输人量的比例和量钢不向。 与开环校正类似。若已知标定曲线，则可采用作图法： 9.3 测量信号的非线性变换 9.3 测量信号的非线性变换 增益控制式校正 作为增益控制式校正环竹的反馈直接作用于产生非线性输出的环节上，例如常见的被动式传感器。 下图为增益控制式校正系统的结构框图，和功能框图。 9.3 测量信号的非线性变换 9.3 测量信号的非线性变换 9.3 测量信号的非线性变换 三种非线性硬件校正方法的特点： 开环校正结构简单，便于调整，用于要求不高的场合； 闭环校正田引入负反馈，所以稳定性好，但调整困难，用于要求比较高的场合 增益控制式校正也为闭环系统，性能稳定，但调整困难，多用于交流输出的被功式传感器 9.3 测量信号的非线性变换 软件校正法： 软件校正法可分两类：分段插值校正法和整体拟合校正法。分段插值法是由已测得的输出，用插值法找到对应的输入，再乘以规定的系数，即可得到校正后的标准输出。 9.3 测量信号的非线性变换 （1）线性插值法：在传感器特性弯曲不厉害时，可采用直线来拟合。 图7-4-1 感器的输入-输出特性 9.3 测量信号的非线性变换 它是常用的一种插值方法，其基本思想是用通过n+1个插值结点的n段直线来代替函数 的值。在数学上可用下述简单公式表示： 当检测值xi确定后，首先通过查表，确定xi所在区间，再顺序调到预先计算好的 系数项，然后代人插值公式计数出y。 9.3 测量信号的非线性变换 采用线性插值法，只要段数分得足够多，就可以达到必要的计算精度，但这需要增加大量的分段数据和计算机内存容量。因此，在满足精度前提下，选取合适的分段数，以减少标定点数和内存容量，并提高运算速度。 9.3 测量信号的非线性变换 * *