CN109459066A - 一种传感器补偿的方法 - Google Patents

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王小岗
刘建群
付海亮
周智荣
李文渊
王晓东
陈益强
李永强
张锐
王树超
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Abstract

本发明公开了一种传感器补偿的方法，包括灵敏度温度漂移的补偿，包括以下步骤；1.将调试传感器放置于四组不同温度环境下，使用调试传感器对四组温度进行测量，得到四组温度下的灵敏度输出的码值AD_S1、AD_S2、AD_S3和AD_S4；2.根据灵敏度输出的码值，计算各组温度下对应的实测温度值比率△St和各温度的灵敏度输出比率△AD_St；3.将步骤1和步骤2得到的数据，通过最小二乘法计算灵敏度温度漂移的修正系数；4.将灵敏度温度漂移的修正系数输入到调试传感器中，完成补偿。解决了现有模拟补偿技术中存在的补偿精度有限，工艺复杂，需要多次反复校准，生产周期较长的问题。

Description

一种传感器补偿的方法
技术领域
本发明属于传感器精度补偿领域，涉及一种传感器补偿的方法。
背景技术
所有的传感器均存在灵敏度温度漂移(STC)。有时传感器的漂移会使整个测量或控制系统无法正常工作，为了最大限度降低漂移对传感器输出的影响，目前已有的模拟传感器和数字传感器均采用机械方式对传感器的漂移进行补偿。
灵敏度温度漂移补偿是在电源输入端串联镍补偿电阻，在镍补偿电阻上并联线性电阻的方式进行补偿，同样需要多次测试反复补偿，每次测试补偿用时3～5天。费时费力，通常补偿精度仅能达到0.02％F.S。补偿精度有限，工艺复杂，需要多次反复校准，生产周期较长。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种传感器补偿的方法，解决了现有模拟补偿技术中存在的补偿精度有限，工艺复杂，需要多次反复校准，生产周期较长的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种传感器补偿的方法，包括灵敏度温度漂移的补偿，包括以下步骤；
步骤1，将调试传感器放置于四组不同温度环境下，使用调试传感器对四组温度进行测量，得到四组温度下的灵敏度输出的码值AD_S1、AD_S2、AD_S3和AD_S4；
步骤2，根据灵敏度输出的码值，计算各组温度下对应的实测温度值比率△St和各温度的灵敏度输出比率△AD_St；
步骤3，将步骤1和步骤2得到的数据，通过最小二乘法计算灵敏度温度漂移的修正系数；
步骤4，将灵敏度温度漂移的修正系数输入到调试传感器中，完成补偿。
优选的，将灵敏度温度漂移的修正系数输入到同一生产批次的其余传感器中，对其余传感器进行补偿。
优选的，步骤2中，各温度下对应的实测温度值比率△St和各温度的灵敏度输出的码值比率△AD_St为△St＝(St-Stn)/Stn
△AD_St＝(AD_St-AD_Stn)/AD_Stn
St为温度，Stn为四组中选择的任意一组温度，将四组温度代入St中，将四组灵敏度输出的码值代入St中，得到四组△St和△AD_St。
进一步，通过最小二乘法计算灵敏度温度漂移的修正系数
△AD_St＝Ks3△St3+Ks2△St2+Ks1△St+Ks0
将四组△St和△AD_St分别代入公式中，得到四组公式，其中Ks0为初始位置修正系数，Ks1为线性修正系数，Ks2为曲率粗修系数，Ks3为曲率精修系数。
优选的，还包括零点温度漂移的补偿，包括以下步骤；
步骤1，将调试传感器放置于三组不同温度环境下，使用调试传感器对三组温度进行测量，得到三组温度下的零点输出值的码值AD_Z1、AD_Z2和AD_Z3；
步骤2，根据零点温度漂移的码值，计算各组温度下对应的实测温度值之差△Zt和各温度的零点输出值之差△AD_Zt；
步骤3，将步骤1和步骤2的数据，通过最小二乘法计算零点温度漂移的修正系数；
步骤4，将零点温度漂移的修正系数输入到传感器中，完成补偿。
进一步，各温度下对应的实测温度值之差△Zt和各温度的灵敏度输出值之差△AD_Zt为△Zt＝Zt-Ztn
△AD_Zt＝AD_Zt-AD_Ztn
Zt为温度，Ztn为三组中选择的任意一组温度，将三组温度代入Zt中，将三组零点输出的码值代入AD_Zt中，得到三组△Zt和△AD_Zt。
再进一步，通过最小二乘法计算零点温度漂移的修正系数
△AD_Zt＝Kz2△Zt2+Kz1△Zt+Kz0
将三组△t和△AD_St分别代入公式中，得到三组公式，其中Kz0为初始位置修正系数，Kz1为线性修正系数，Kz2为曲率修正系数。
优选的，还包括线性系数的补偿，包括以下步骤；
步骤1，设定加载重量为Wf，将调试传感器按照Wf×(1/n)、Wf×(2/n)、…Wf进行加载，对应的AD值为AD_1、AD_2、…、AD_n，n≥3；
步骤2，将步骤1得到的数据，通过最小二乘法计算线性修正系数。
进一步，通过最小二乘法计算线性修正系数
AD_LM＝Kw2×AD_x2+Kw1×AD_x+Kw0
其中，x＝1、2、…、n，AD_LM为理论AD码值，Kw0为初始位置修正系数，Kw1为线性修正系数，Kw2为曲率修正系数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将传感器对四组温度进行测量，输出转为数字信号，得到对应的灵敏度输出的码值，结合实际温度，通过最小二乘法进行拟合计算灵敏度温度漂移的修正系数，将修正系数输入到调试传感器中，完成灵敏度温度漂移补偿，使传感器的精度大幅度提升，精度可达到全温度段C3，达到0.01％F.S，不需要进行人工补偿，工艺简单，大大减少了补偿周期。
进一步，由于同一生产批次弹性体加工、传感器生产的材料、工艺均一致，因此计算出一个传感器的灵敏度温度漂移的修正系数，可适用于同一生产批次内的所有传感器，将灵敏度温度漂移的修正系数输入到同一生产批次的其余传感器中，便能够实现对其余传感器的灵敏度温度漂移补偿，极大的提高了补偿效率。
进一步，将传感器对三组温度进行测量，输出转为数字信号，得到对应的零点输出的码值，结合实际温度，通过最小二乘法进行拟合计算零点温度漂移的修正系数，将修正系数输入到调试传感器中，完成零点温度漂移补偿，使传感器的精度大幅度提升，精度可达到全温度段C3，达到0.01％F.S，不需要进行人工补偿，工艺简单，大大减少了补偿周期。
进一步，将传感器对多组重量进行加载，输出转为数字信号，得到对应的AD值，结合实际重量和加载重量理论系数，通过最小二乘法进行拟合计算线性修正系数，将修正系数输入到调试传感器中，完成线性补偿，使传感器的精度大幅度提升，工艺简单，大大减少了补偿周期。
附图说明
图1为本发明灵敏度温度漂移补偿的流程示意图；
图2为本发明零点温度漂移补偿的流程示意图；
图3为本发明线性补偿的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，传感器灵敏度温度漂移STC的补偿，包括以下步骤；
步骤1，将调试传感器放置于四组不同温度环境下，本实施例优选四组温度分别为5℃、20℃、30℃和40℃，使用调试传感器对四组温度进行测量，得到四组温度下的灵敏度输出的码值AD_S05、AD_S20、AD_S30和AD_S40。
步骤2，根据灵敏度输出的码值，计算各组温度下对应的实测温度值比率△St和各温度的灵敏度输出比率△AD_St为；
△St＝(St-Stn)/Stn
△AD_St＝(AD_St-AD_Stn)/AD_Stn
St为温度，Stn为四组中选择的任意一组温度，本实施例优选Stn为20℃，AD_Stn为AD_S20，将四组温度代入St中，将四组灵敏度输出的码值代入St中，得到四组△St和△AD_St。
步骤3，将步骤1和步骤2得到的数据，通过最小二乘法计算灵敏度温度漂移的修正系数；
△AD_St＝Ks3△St3+Ks2△St2+Ks1△St+Ks0
将四组△St和△AD_St分别代入公式中，得到四组公式，其中Ks0为初始位置修正系数，Ks1为线性修正系数，Ks2为曲率粗修系数，Ks3为曲率精修系数。
步骤4，将灵敏度温度漂移的四个修正系数输入到同一生产批次的所有传感器中，完成补偿。
如图2所示，传感器零点温度漂移ZTC的补偿，包括以下步骤；
步骤1，将调试传感器放置于三组不同温度环境下，本实施例优选三组温度分别为5℃、20℃和30℃，使用调试传感器对三组温度进行测量，得到三组温度下的零点输出值的码值AD_Z05、AD_Z20和AD_Z30；
步骤2，根据零点温度漂移的码值，计算各组温度下对应的实测温度值之差△Zt和各温度的零点输出值之差△AD_Zt；
△Zt＝Zt-Ztn
△AD_Zt＝AD_Zt-AD_Ztn
Zt为温度，Ztn为三组中选择的任意一组温度，本实施例优选Ztn为20℃，AD_Ztn为AD_Z20，将三组温度代入Zt中，将三组零点输出的码值代入AD_Zt中，得到三组△Zt和△AD_Zt。
步骤3，将步骤1和步骤2的数据，通过最小二乘法计算零点温度漂移的修正系数；
△AD_Zt＝Kz2△Zt2+Kz1△Zt+Kz0
将三组△t和△AD_St分别代入公式中，得到三组公式，其中Kz0为初始位置修正系数，Kz1为线性修正系数，Kz2为曲率修正系数。
步骤4，将零点温度漂移的修正系数输入到传感器中，完成补偿。
如图3所示，传感器线性系数的补偿，包括以下步骤；
步骤1，设定加载重量为Wf，将调试传感器按照Wf×(1/n)、Wf×(2/n)、…Wf进行加载，对应的AD值为AD_1、AD_2、…、AD_n，n≥3；
步骤2，将步骤1得到的数据，通过最小二乘法计算线性修正系数
AD_LM＝Kw2×AD_x2+Kw1×AD_x+Kw0
其中，x＝1、2、…、n，AD_LM为理论AD码值，Kw0为初始位置修正系数，Kw1为线性修正系数，Kw2为曲率修正系数。
传感器线性系数的补偿的示例如下，满程重量Wf，当前零点对应AD值为AD_Z20,对应输出AD_F，Kf＝AD_F/Wf
设当前给定重量为W，AD_LM＝W×Kf+AD_Z20
如表1所示：加载10kg输出的目标AD码值为50000，Kf＝5000
取0kg点，AD_LM＝AD_Z20
取2.5kg点，此时的理论AD码值输出为AD_LM＝2.5×5000+AD_Z20
重量 目标码值(y) 实际采集码值(x)
10kg 50000+AD_Z20 AD_10
2.5kg 2.5×Kf+AD_Z20 AD_2.5
0kg AD_Z20 AD_0
将表1中的数据代入公式AD_LM＝Kw2×AD_x2+Kw1×AD_x+Kw0中，求解得到Kw2、Kw1、Kw0。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种传感器补偿的方法，其特征在于，包括灵敏度温度漂移的补偿，包括以下步骤；
步骤1，将调试传感器放置于四组不同温度环境下，使用调试传感器对四组温度进行测量，得到四组温度下的灵敏度输出的码值AD_S1、AD_S2、AD_S3和AD_S4；
步骤2，根据灵敏度输出的码值，计算各组温度下对应的实测温度值比率△St和各温度的灵敏度输出比率△AD_St；
步骤3，将步骤1和步骤2得到的数据，通过最小二乘法计算灵敏度温度漂移的修正系数；
步骤4，将灵敏度温度漂移的修正系数输入到调试传感器中，完成补偿。
2.根据权利要求1所述的一种传感器补偿的方法，其特征在于，将灵敏度温度漂移的修正系数输入到同一生产批次的其余传感器中，对其余传感器进行补偿。
3.根据权利要求1所述的一种传感器补偿的方法，其特征在于，步骤2中，各温度下对应的实测温度值比率△St和各温度的灵敏度输出的码值比率△AD_St为
△St＝(St-Stn)/Stn
△AD_St＝(AD_St-AD_Stn)/AD_Stn
St为温度，Stn为四组中选择的任意一组温度，将四组温度代入St中，将四组灵敏度输出的码值代入St中，得到四组△St和△AD_St。
4.根据权利要求3所述的一种传感器补偿的方法，其特征在于，通过最小二乘法计算灵敏度温度漂移的修正系数
△AD_St＝Ks3△St3+Ks2△St2+Ks1△St+Ks0
将四组△St和△AD_St分别代入公式中，得到四组公式，其中Ks0为初始位置修正系数，Ks1为线性修正系数，Ks2为曲率粗修系数，Ks3为曲率精修系数。
5.根据权利要求1所述的一种传感器补偿的方法，其特征在于，还包括零点温度漂移的补偿，包括以下步骤；
步骤1，将调试传感器放置于三组不同温度环境下，使用调试传感器对三组温度进行测量，得到三组温度下的零点输出值的码值AD_Z1、AD_Z2和AD_Z3；
步骤2，根据零点温度漂移的码值，计算各组温度下对应的实测温度值之差△Zt和各温度的零点输出值之差△AD_Zt；
步骤3，将步骤1和步骤2的数据，通过最小二乘法计算零点温度漂移的修正系数；
步骤4，将零点温度漂移的修正系数输入到传感器中，完成补偿。
6.根据权利要求5所述的一种传感器补偿的方法，其特征在于，各温度下对应的实测温度值之差△Zt和各温度的灵敏度输出值之差△AD_Zt为
△Zt＝Zt-Ztn
△AD_Zt＝AD_Zt-AD_Ztn
Zt为温度，Ztn为三组中选择的任意一组温度，将三组温度代入Zt中，将三组零点输出的码值代入AD_Zt中，得到三组△Zt和△AD_Zt。
7.根据权利要求6所述的一种传感器补偿的方法，其特征在于，通过最小二乘法计算零点温度漂移的修正系数
△AD_Zt＝Kz2△Zt2+Kz1△Zt+Kz0
将三组△t和△AD_St分别代入公式中，得到三组公式，其中Kz0为初始位置修正系数，Kz1为线性修正系数，Kz2为曲率修正系数。
8.根据权利要求1所述的一种传感器补偿的方法，其特征在于，还包括线性系数的补偿，包括以下步骤；
步骤1，设定加载重量为Wf，将调试传感器按照Wf×(1/n)、Wf×(2/n)、…Wf进行加载，对应的AD值为AD_1、AD_2、…、AD_n，n≥3；
步骤2，将步骤1得到的数据，通过最小二乘法计算线性修正系数。
9.根据权利要求8所述的一种传感器补偿的方法，其特征在于，通过最小二乘法计算线性修正系数
AD_LM＝Kw2×AD_x2+Kw1×AD_x+Kw0
其中，x＝1、2、…、n，AD_LM为理论AD码值，Kw0为初始位置修正系数，Kw1为线性修正系数，Kw2为曲率修正系数。
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