[發(fā)明專利]一種傳感器零點漂移自動在線跟蹤方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210103798.3
• 申請日: 2012-04-11
• 公開（公告）號: CN103364625A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉津義;榮陽;蘇安東
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱佳云科技有限公司
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于弱電信號檢測與測量技術(shù)領(lǐng)域，可用于惠斯通電橋類電路中的零點漂移跟蹤和補償。

背景技術(shù)

傳感器在檢測與測量技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。但是，傳感器的零點漂移問題卻一直是困擾人們的大問題，主要原因是零點漂移受溫度和外界環(huán)境影響較大，且其是一個非線性、隨機變化的過程，無法給出一個可描述漂移過程的函數(shù)表達(dá)，進而無法對其精確補償。

人們?yōu)榱四軌驕p弱零點漂移的影響，提出了各種方法。按照實現(xiàn)的條件可以分為用硬件電路補償和軟件補償方法。

硬件補償方法有：在橋臂上串、并聯(lián)恰當(dāng)恒定電阻法；橋臂熱敏電阻補償法；橋外串、并聯(lián)熱敏電阻補償法；雙電橋補償技術(shù)等。但用硬件電路進行校正大都存在電路復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、精度低、通用性差、成本高等缺點，不利于工程實際應(yīng)用。更重要的是，在傳感器使用過程中，若出現(xiàn)大的環(huán)境變化，此類方法則不能實現(xiàn)再次補償。

軟件補償方法是將微處理器與傳感器結(jié)合起來，充分利用可編程的功能、使用某種算法，并結(jié)合一定硬件電路對傳感器溫度的附加誤差進行修正。軟件補償?shù)男Ч扔布a償好，達(dá)到的精度更高，而且成本較低。目前，軟件補償?shù)乃惴ㄓ星€擬合法、表格法、反函數(shù)法、統(tǒng)計方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等等。

在這些方法中，曲線擬合法、表格法、反函數(shù)法，需要保存大量數(shù)據(jù)、計算量較大。

在2004年發(fā)表的《軟件去除零點漂移方的討論》一文中，給出了這種使用統(tǒng)計規(guī)律去除零漂的方法，其基本思想是在采集開始之前和結(jié)束之后，分別進行數(shù)據(jù)采集，然后使用統(tǒng)計的方法，找出這兩個數(shù)據(jù)集的均值和方差，然后再計算零點。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法需要大量樣本，針對特定傳感器，進行訓(xùn)練，使之形成一個零點漂移映射網(wǎng)絡(luò)。這類方法對網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練是其關(guān)鍵，不適合于大批量生產(chǎn)的傳感器零點漂移跟蹤。

另外，還有一類自動調(diào)零技術(shù)用于解決零點漂移問題，基本原理是設(shè)計一個調(diào)零電路，安裝在傳感器放大電路前端。在每次測量前，對由傳感器放大器和各種其它因素引起的零漂信號采樣并保存下來，在正式測量時從放大輸出信號中減去零漂信號而獲得真實信號，從而消除零漂的影響。

自動調(diào)零電路一般可分為數(shù)字式和模擬式兩種類型。數(shù)字式自動調(diào)零電路的原理是：在檢測前先測出零漂信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送到零漂存貯器保存下來，正式測量時把得到的信號(其中包含零漂信號)減去零點寄存器中的零漂數(shù)。從而消除零漂影響，得到正確的測量結(jié)果。模擬信號調(diào)零電路則是將零漂信號貯存在電容器或采樣保持器電路中，正式測量時減去其零漂信號消除零漂影響。這兩類方法均僅能在需要的時候，測定零點漂移值，不能實現(xiàn)自動在線跟蹤零點漂移。更重要的是，在零點漂移信號中含有大量噪聲，僅將一次或若干次測量值作為可信的零點漂移，也是不精確的和不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

上述這些方法能夠很好地處理某一類零點漂移問題，但不能很好地跟蹤零點，不能實現(xiàn)自動在線跟蹤。

本發(fā)明使用卡爾曼濾波方法為基本思想，實現(xiàn)自動在線跟蹤功能。本發(fā)明僅需要較少的寄存器存儲前一時刻采樣數(shù)據(jù)和當(dāng)前時刻采樣數(shù)據(jù)、計算量少，避免了大數(shù)據(jù)存儲器、大計算量問題，且能夠很好地實現(xiàn)零點漂移自動在線跟蹤功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決傳感器零點漂移的自動在線跟蹤和實時補償問題，提出一種傳感器零點漂移自動在線跟蹤方法。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)。

(1)微弱電壓信號經(jīng)放大電路處理，使信號強度增大至適于A/D轉(zhuǎn)換電路處理；

(2)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬電壓信號轉(zhuǎn)為適于使用的數(shù)字信號；

(3)設(shè)計了一種改進的卡爾曼濾波器對數(shù)字信號進行零點自動跟蹤。具體跟蹤公式如下

S_k＝P_k-1+R

K_k＝P_k-1/S_k

x_k＝x_k-1+K_k(z_k-x_k-1)

P_k＝(I-K_k)P_k-1