CN110207730B - 一种电阻式位移传感器温度自补偿方法 - Google Patents

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Abstract

一种电阻式位移传感器温度自补偿方法，涉及电阻式位移传感器信号处理领域。解决电阻式位移传感器受温度影响所产生的误差问题。本发明包括：恒流源、电阻式位移传感器、前置滤波器、放大器、抗混叠滤波器、A/D转换器、MCU。恒流源提供稳定电流；电阻式位移传感器产生输出测量信号；前置滤波器用于滤除系统外部引入的干扰信号；放大器用于放大信号；抗混叠滤波器用于滤除放大器产生的干扰信号；A/D转换器用于模拟信号和数字信号的转换；MCU对多路模拟开关进行通道选择，处理输出电压信号，并通过其内部线性处理把电压转换为位移。本发明电阻式位移传感器温度自补偿方法，可减小温度引起的传感器阻值变化造成的误差，该方法准确高效，便于实际应用。

Description

一种电阻式位移传感器温度自补偿方法
技术领域
本发明解决温度引起电阻式位移传感器阻值变化所造成的误差问题，涉及电阻式位移传感器信号处理领域。
背景技术
电阻式位移传感器由于受到外界温度变化的影响，其电阻值也发生变化，从而造成误差；在传感器温度补偿中，分为硬件补偿和软件补偿；硬件补偿有灵敏度温度漂移补偿和零点温度漂移补偿；软件补偿是直接对输出信号进行补偿，找到实际与理想输出信号之间的关系式，通过单片机运算直接将结果显示为理想数值，软件补偿算法有分线段线性插值法、三次样条曲线插值算法等。
本发明通过在电阻式位移传感器两个端点和输出点这三点连接后续电路，可以在不同温度下得到满量程点、零点和输出点处的电压，然后通过MCU处理单元将电压转换成位移，通过这种自补偿方法可以减小温度变化带来的误差，提高测量精度。
发明内容
本发明目的是为了解决由温度引起的电阻式位移传感器阻值变化所造成的误差问题，从而提供了一种电阻式位移传感器温度自补偿方法。
本发明所述的电阻式位移传感器温度自补偿方法，其组成部分包括：恒流源、电阻式位移传感器、前置滤波器、放大器、抗混叠滤波器、A/D转换器、MCU。恒流源提供稳定电流；电阻式位移传感器产生输出测量信号；前置滤波器用于滤除系统外部引入的干扰信号；放大器用于放大信号；抗混叠滤波器用于滤除放大器产生的干扰信号；A/D转换器用于模拟信号和数字信号的转换；MCU对多路模拟开关进行通道选择，处理输出电压信号，并通过其内部线性处理将电压转换为位移。
本发明所述的电阻式位移传感器温度自补偿方法，它包括以下步骤：
(1)恒流源、电阻式位移传感器、固定电阻组成一个串联电路；
(2)确定电阻式位移传感器的两个端点和输出点，并分别在此三点上依次连接前置滤波器、放大器，形成三路测量通道，再分别连接多路模拟开关的不同输入端，而多路模拟开关输出端则连接抗混叠滤波器、A/D转换器和MCU；
(3)MCU对上述三路测量通道进行选择，然后对信号进行处理，并通过其内部线性处理把电压转换为位移。
其中，步骤(2)中的各部分器件作用为：恒流源提供稳定电流；电阻式位移传感器产生输出测量信号；前置滤波器用于滤除系统外部引入的干扰信号；放大器用于放大信号；抗混叠滤波器用于滤除放大器产生的干扰信号；A/D转换器用于模拟信号和数字信号的转换；MCU有两个作用：一个作用是对多路模拟开关进行通道选择，另一个作用是对输出电压信号进行处理，并通过其内部线性处理把电压转换为位移。
步骤(3)中的线性数学关系转换过程为：先得到满量程位移与初始位移的差值，以及满量程电压与零点电压的差值；然后得到这两个差值的比值；再用这个比值乘以电阻式位移传感器输出电压与零点电压的差值；最后用这个乘积加上初始位移，就可以得到电阻式位移传感器输出电压所对应的位移量。
本发明电阻式位移传感器温度自补偿方法，涉及电阻式位移传感器信号处理领域；通过在电阻式位移传感器两个端点和输出点这三点连接后续电路，可以在不同温度下得到满量程点、零点和输出点处的电压，然后再通过MCU处理单元将电压转换成位移，通过此自补偿方法可以减小温度变化带来的误差，提高测量精度；本方法所需外部元件简单，测量方法简捷高效。
附图说明
图1是电阻式位移传感器温度自补偿方法工作框图；
图2是电阻式位移传感器处理信号框图；
图3是电压与位移线性关系图。
具体实施方式
下面结合附图对电阻式位移传感器温度自补偿方法进行详细说明。
结合图1，2，3本发明电阻式位移传感器温度自补偿方法为：
具体实施方式一、如图1所示，电阻式位移传感器温度自补偿方法，它的组成部分包括：恒流源(1)、电阻式位移传感器(2)、前置滤波器(3)、放大器(4)、抗混叠滤波器(5)、A/D转换器(6)、MCU(7)；恒流源(1)提供稳定电流；电阻式位移传感器(2)产生输出测量信号；放大器(4)用于放大信号；抗混叠滤波器(5)用来滤除放大器产生的干扰信号；A/D转换器(6)用于模拟信号和数字信号的转换；MCU(7)对多路模拟开关进行通道选择，处理输出电压信号，并通过其内部线性处理将电压转换为位移。
具体实施方式二、如图2所示，本发明电阻式位移传感器处理信号过程为：
1、恒流源(1)、电阻式位移传感器(2)、固定电阻(3)组成一个测量电路；恒流源(1)提供稳定电流，电阻式位移传感器(2)和固定电阻(3)串联于电路中，电阻式位移传感器(2)产生输出测量信号，固定电阻(3)用于保护电路以防电流过大烧毁器件。
2、确定电阻式位移传感器(2)的两个端点和输出点，并分别在此三点上依次连接前置滤波器(4)、放大器(5)，从而形成三路测量通道，再分别连接多路模拟开关(6)的不同输入端，而多路模拟开关(6)输出端则连接抗混叠滤波器(7)、A/D转换器(8)和MCU(9)；其中，前置滤波器(4)用于滤除系统外部引入的干扰信号，放大器(5)用于放大信号，抗混叠滤波器(7)用于滤除放大器(5)引入的干扰信号，A/D转换器(8)将模拟信号转换成数字信号并传给MCU(9)，MCU(9)有两个作用：一个是对多路模拟开关(6)进行通道选择，另一个是对输出电压信号进行处理，并通过其内部线性处理把电压转换为位移。
3、对三点处所采集到的信号进行滤波、放大、选择、滤波、A/D转换之后，MCU(9)处理输出电压信号，并通过线性数学关系把输出电压转换为位移。
4、上述线性数学关系，其过程为：假设电阻式位移传感器(2)的零点、输出点和满量程点处的电压分别是U0、U1、U2，假设位移范围为L0至L2，则电阻式位移传感器(2)输出点处的电压值U1所对应的位移为L1，如下式所示：
其中，U0、U2、L0、L2都是已知的，所以只要测得电阻式位移传感器(2)输出点处的电压值U1，就能得到此点电压值U1在不同温度下所对应的位移L1。
具体实施方式三、如图3所示，本发明电压与位移线性关系图的工作原理为：
假设恒流源的电流为I，电阻式位移传感器的电阻为R1，固定电阻的电阻为R2，电阻式位移传感器的零点、输出点和满量程点处的电压值分别是U0、U1、U2，位移范围为L0至L2；当恒流源、电阻式位移传感器和固定电阻三者组成串联测量电路时，得：U0＝IR2，U2＝I(R1+R2)。
已知位移L与电阻R成线性关系，即L＝K1R；等式两端都乘以电流I得：IL＝K1RI，即其中/>即位移L与电压U成线性关系，可得：L0＝KU0，L1＝KU1，L2＝KU2。
本发明具有以下优点：1.本发明在电阻式位移传感器两端点和输出点处分别得到满量程电压、零点电压和输出点处电压，再通过线性数学关系将电压转换为位移，从而减小温度变化引起的电阻式位移传感器阻值变化造成的误差；2.本发明中，软件和硬件相结合，从而实现了温度自补偿；3.本发明克服了电阻式位移传感器恒温箱标定温度补偿方法繁琐过程的缺点，更加简捷高效。

Claims (1)

1.一种电阻式位移传感器温度自补偿方法，其特征在于：所述电阻式位移传感器温度自补偿方法包括恒流源、电阻式位移传感器、前置滤波器、放大器、抗混叠滤波器、A/D转换器和MCU；恒流源提供稳定电流；电阻式位移传感器产生输出测量信号；前置滤波器用于滤除系统外部引入的干扰信号；放大器用于放大信号；抗混叠滤波器用于滤除放大器产生的干扰信号；A/D转换器用于模拟信号和数字信号的转换；MCU对多路模拟开关进行通道选择，处理输出电压信号，并通过MCU内部线性处理把电压转换为位移；
所述方法具体步骤为：
步骤1、恒流源、电阻式位移传感器、固定电阻组成一个串联电路；
步骤2、确定电阻式位移传感器的两个端点和输出点，并分别在此三点上依次连接前置滤波器、放大器，形成三路测量通道，再分别连接多路模拟开关的不同输入端，而多路模拟开关输出端则连接抗混叠滤波器、A/D转换器和MCU；
步骤3、MCU对上述三路测量通道进行选择，然后对信号进行处理，并通过其内部线性处理把电压转换为位移；
所述电阻式位移传感器有三个被测端点，分别是恒流源与电阻式位移传感器的连接点x，电阻式位移传感器输出点y，以及电阻式位移传感器与固定电阻的连接点z；连接点x和z分别与后续电路连接得到满量程电压和零点电压，输出点y与后续电路连接得到电阻式位移传感器的输出电压；
所述MCU对多路模拟开关进行通道选择，从而对所述三点处产生的满量程电压、零点电压和电阻式位移传感器输出电压进行选择；MCU对输出电压信号进行处理，并通过内部线性处理将电压转换成位移；
所述步骤3中的线性数学关系转换过程为：先得到满量程位移与初始位移的差值，以及满量程电压与零点电压的差值；再得到这两个差值的比值；然后用这个比值乘以电阻式位移传感器输出电压与零点电压的差值，最后用这个乘积加上初始位移，就可以得到电阻式位移传感器输出电压所对应的位移量。
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