數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)變送器零點漂移的解決方法畢業(yè)論文

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計）</p><p>　　學(xué)院、系 電子信息工程學(xué)院自動化系 </p><p>　　專業(yè)名稱 自動化 </p><p>　　年 級 2009級 </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2013 年 5 月 18 日</p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)變送器零點漂移的解決方法</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　壓力變送器

3、在工業(yè)現(xiàn)場是重要的檢測傳送裝置，而基于擴(kuò)散硅的壓力傳感器由于自身的精度高、靈敏度高、穩(wěn)定性好、線性度優(yōu)良、反應(yīng)迅速、遲滯性小等特性優(yōu)勢，以及價格低廉等市場優(yōu)勢，使其在近30年中得以快速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)冶金、航空航天等眾多領(lǐng)域。目前多數(shù)壓力變送器的研發(fā)者傾向于利用壓阻式擴(kuò)散硅壓力傳感器作為信號的傳送環(huán)節(jié)。但是由于技術(shù)等多方面限制，壓阻式壓力傳感器易受現(xiàn)場溫度變化的影響，從而產(chǎn)生零點漂移。而多數(shù)的制造廠商不能生產(chǎn)沒有零點漂移的傳感器，

4、這就需要我們對壓力傳感器的零點漂移進(jìn)行研究及溫度補(bǔ)償。</p><p>　　本文從壓阻式壓力傳感器的電路入手，分析了壓力傳感器的工作特性以及產(chǎn)生零點漂移的原因。通過對相關(guān)資料的研習(xí)，文章試圖將現(xiàn)有的技術(shù)較為成熟、效果較為優(yōu)良的零點漂移的補(bǔ)償方法加以整理、匯集，這些方法既包括硬件電路補(bǔ)償設(shè)計，也涵蓋軟件程序補(bǔ)償。</p><p>　　軟件補(bǔ)償技術(shù)由于其成本低、效果好而越來越受到關(guān)注。因此本文

5、著重介紹了壓力傳感器軟件補(bǔ)償零點漂移的方法，并對其中的基線、斜率去除零漂的方法進(jìn)行了深入探討。作者介紹了基線、斜率去零漂的計算理論，同時嘗試編寫了相關(guān)的算法程序，并對航天科工集團(tuán)下導(dǎo)彈發(fā)射采集的曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。在最后，本文提出了改進(jìn)的方向。</p><p>　　關(guān)鍵詞：壓力變送器，擴(kuò)散硅壓力傳感器，零點漂移，補(bǔ)償方法</p><p>　　THE SOLUTION METHOD OF TR

6、ANSMITTER ZERO DRIFT </p><p>　　IN DATA ACQUISITION SYSTEM </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Pressure transducer is the detection of transmission device，which is importa

7、nt in the field of industrial．Due to its high accuracy，high sensitivity，good stability，good linearity，fast response and small hysteresis characteristic advantages,and the low price market advantage，diffused silicon pres

8、sure sensor has been developed rapidly in the resent 30 years，and is widely used in many fields，such as aerospace，industry metallurgy．Nowadays most pressure transmitter developers tend to use piezoresisti</p><

9、p>　　Starting from the circuit for piezoresistive pressure sensor，this paper analyzes the characteristics of pressure sensor and finds out the reason of producing zero drift．Through the study of the relevant informatio

10、n，the article attempts to tidying up and bringing together existing zero drift compensation methods．The technology of these methods is more mature ，and the effect is more excellent．These methods include both hardware cir

11、cuit design and software program of compensation．</p><p>　　Software compensation technology has attracted more and more attention because of its low cost and good effect．This article focuses on the pressure

12、sensor software compensation method of zero drift，and the baseline,slope method of removing zero drift is discussed ．The author introduces the baseline，slope method of removing zero drift theory of computation，at the sam

13、e time ，the author try to write the relevant algorithm procedures，and correct the curve data of CASIC missile launching．In the end，t</p><p>　　Key Words: pressure transmitter，diffused silicon pressure sensor，

14、zero drift，compensation</p><p><b>　　method</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 變送器發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p

15、>　　1.2 對課題的解讀1</p><p>　　1.3 國內(nèi)外壓力傳感器發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.3.1 國內(nèi)外壓力傳感器發(fā)展概況2</p><p>　　1.3.2 當(dāng)前國際對壓力傳感器研究方向及未來趨勢2</p><p>　　1.4 課題研究的意義3</p><p>　　1.5

16、當(dāng)前國內(nèi)外對相關(guān)課題的研究進(jìn)展4</p><p>　　1.6 課題研究的主要內(nèi)容4</p><p>　　第二章 壓力傳感器的工作特性及其零點漂移5</p><p>　　2.1 壓阻式壓力傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)5</p><p>　　2.2 壓阻式壓力傳感器的工作原理分析6</p><p>　　2.2.1 半導(dǎo)

17、體材料的壓阻效應(yīng)6</p><p>　　2.2.2 壓阻系數(shù)7</p><p>　　2.2.3 壓阻式壓力傳感器的內(nèi)部構(gòu)造及工作原理9</p><p>　　2.3 壓阻式壓力傳感器的熱零點漂移問題的研究10</p><p>　　2.3.1 壓阻式壓力傳感器零點漂移的表示10</p><p>　　2.3.2 零

18、點熱漂移產(chǎn)生原因的半導(dǎo)體理論分析11</p><p>　　2.3.3 零點熱漂移產(chǎn)生原因的電路分析11</p><p>　　第三章 壓力傳感器熱零點漂移的補(bǔ)償技術(shù)14</p><p>　　3.1 硬件零點補(bǔ)償方法14</p><p>　　3.2 軟件補(bǔ)償零點漂移方法16</p><p>　　3.2.1 基線

19、、斜率去除零漂方法16</p><p>　　3.2.2 多項式擬合規(guī)范化法18</p><p>　　3.2.3 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法20</p><p>　　3.3 本章小結(jié)21</p><p>　　第四章 零點漂移補(bǔ)償算法的C語言實現(xiàn)與測試22</p><p>　　4.1 基線、斜率去除零點漂移的流程圖設(shè)計

20、22</p><p>　　4.2 變量定義及部分運(yùn)行程序23</p><p>　　4.3 結(jié)果分析25</p><p><b>　　結(jié)論35</b></p><p><b>　　致謝36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b>

21、</p><p><b>　　附錄38</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 變送器發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　變送器作為重要的基礎(chǔ)自動化儀表被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的傳送與檢測過程?；仡欁兯推鞯陌l(fā)展歷程，大致經(jīng)過了以下幾個階段：</p>

22、<p>　?。?）起初生產(chǎn)的變送器工作原理是大位移，這一時期的變送器的精確度很低，而且重量較大。</p><p>　　（2）進(jìn)入上世紀(jì)50年代產(chǎn)生了基于力平衡的差壓變送器，這種變送器比大位移式變送器精確度要高，但是存在易受現(xiàn)場干擾等技術(shù)缺點。</p><p>　?。?）第三個階段出現(xiàn)的變送器其特點是采用新型的材料，比之上幾代的變送器精確度得到了改善。</p>&

23、lt;p>　?。?）到了20世紀(jì)90年代，隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，變送器的技術(shù)性能得到極大提高，并向智能化方向發(fā)展。</p><p>　　1.2 對課題的解讀</p><p>　　隨著傳感器的不斷發(fā)展，隨之產(chǎn)生了變送器。根據(jù)一般化的定義，我們認(rèn)為變送器輸出的信號全部是標(biāo)準(zhǔn)信號，具體說就是信號物理量的形式和數(shù)值范圍均符合國際標(biāo)</p><p>　　準(zhǔn)。例如直流電

24、流4~20mA、空氣壓力20~100kPa都是當(dāng)前通用的標(biāo)準(zhǔn)信號。變送器就是把傳感器采集到的微弱的電信號放大以便轉(zhuǎn)送或啟動控制元件，或?qū)鞲衅鬏斎氲姆请娏哭D(zhuǎn)換成電信號，同時將電信號放大以便供遠(yuǎn)方測量。本文題目是《數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)變送器零點漂移的解決方法》，這里的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)變送器是由測壓元件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過程連接件等組成。它能將接收的氣體、液體等壓力信號轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電流電壓信號，以供給記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測量、指

25、示和過程調(diào)節(jié)。變送器的傳輸誤差可能來源于其中的任何一個環(huán)節(jié)，例如傳感器環(huán)節(jié)的熱零點漂移、電漂移、靈敏度漂移，以及來自工業(yè)現(xiàn)場的信號干擾等等。這里的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中變送器的零點漂移主要是指壓力傳感器這一環(huán)節(jié)的熱零點漂移問題。以下就壓力傳感器的相關(guān)信息做一些介紹。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外壓力傳感器發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　1.3.1 國內(nèi)外壓力傳感器發(fā)展概況</p

26、><p>　　由于在工業(yè)現(xiàn)場常常需要對溫度、壓力、濕度等指標(biāo)進(jìn)行采集，因此傳感器在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1945年史密斯發(fā)現(xiàn)了壓阻效應(yīng)，壓阻式壓力傳感器的原理正是基于硅的壓阻效應(yīng)。隨著材料技術(shù)以及微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，壓力傳感器也得到了長足的發(fā)展。早在1983年，美國的Honeywen公司就研發(fā)出了ST3000-100系列，這是世界首臺智能化工業(yè)現(xiàn)場儀表。在同一時期，日本東芝集團(tuán)也推出了壓阻式智能壓力傳感器，這種傳

27、感器通過軟件實現(xiàn)了對溫度漂移的補(bǔ)償，使精確度得到了改善。進(jìn)入上世紀(jì)90年代，美國、德國等西方幾大電子制造公司研發(fā)出了全數(shù)字技術(shù)和遠(yuǎn)程配置系統(tǒng)，這使得新興的智能壓力傳感器得到迅猛發(fā)展。 </p><p>　　相對于國外，我國壓力傳感器起步較晚。在20世紀(jì)80年代，我國將壓力傳感器作為高新技術(shù)重點項目來發(fā)展。從已取得的成就來看，我國對壓力傳感器的研發(fā)除了專業(yè)的電子公司外，以河

28、北工業(yè)大學(xué)、西安交通電子大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等為代表的眾多高校不斷進(jìn)行研究并取得新的成果與進(jìn)展，這就為我國傳感技術(shù)的發(fā)展提供了重要的學(xué)術(shù)理論支撐，并使得我們傳感器技術(shù)得以快速發(fā)展。值得一提的是，位于湖南長沙的索普測控技術(shù)公司在2003年成功研發(fā)出納米型壓力傳感器，其優(yōu)良的性能已經(jīng)超越美國的超微型傳感器，進(jìn)入世界前列。但總體來說，由于我國對壓力傳感器的發(fā)展起步較晚，較之美國、日本、德國等老牌電子產(chǎn)業(yè)大國，我國壓力傳感器不論從性能還是水平，

29、都有一定的差距。</p><p>　　1.3.2 當(dāng)前國際對壓力傳感器研究方向及未來趨勢</p><p>　　從目前各個國家的研究情況及市場需求來看，壓力傳感器的發(fā)展主要集中在以下幾個方面[1]：</p><p>　　（1）著重研發(fā)適于高溫作業(yè)的壓力傳感器：這類傳感器以新型半導(dǎo)體材料為膜片的壓阻式壓力傳感器為代表。在上世紀(jì)末，Ziermann，Rene 和 VonB

30、erg,Jochen 等學(xué)者向大眾推出了使用新型材料單晶ｎ型 β-SiC制成的壓力傳感器，用這種材料制成的壓力傳感器具有耐高溫、抗輻射的性能。而后Okojie,RobertS 和 Ned,AlexanderA 等人又研發(fā)出了可工作在更高溫度條件下的 6H－SiC 壓阻式壓力傳感器。</p><p>　?。?）以微機(jī)械加工為特點的壓力傳感器得以發(fā)展：這一類壓力傳感器有著較高的線性度，通常制作成微型、甚至是超微型傳感

31、器并廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的器官數(shù)據(jù)采集中。如在1997年，Marco,S 和 Samitier,J等人研究出了用超薄膜片構(gòu)成的高性能的壓阻式壓力傳感器，并應(yīng)用于測量血管壓力。</p><p>　?。?）以熱零點漂移為代表的補(bǔ)償問題受到關(guān)注：在傳感器的應(yīng)用過程中，一直存在傳感器的線性度等受到溫度影響而發(fā)生漂移的問題。這類問題在對傳感器線性度要求不是很高的工業(yè)現(xiàn)場往往受到人們的忽略?？墒请S著傳感器不斷往智能化發(fā)展，傳感

32、器應(yīng)用的領(lǐng)域越發(fā)精細(xì)，對壓力傳感器的精確度要求也越高，這就使得溫度漂移的補(bǔ)償成為人們研究的重點課題。 </p><p>　?。?）利用壓阻效應(yīng)制成加速度傳感器：現(xiàn)在，用微機(jī)械加工工藝研制三維壓阻式加速度計成為主要的研究對象,這類傳感器主要用于檢測加速度。</p><p>　?。?）更多的人致力于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計：在工業(yè)現(xiàn)場或者實驗室中，往往不同的環(huán)境溫度對應(yīng)需要不同的數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，這

33、就讓人們不得不考慮各種干擾因素以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。以無線數(shù)據(jù)采集技術(shù)為基礎(chǔ)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到推廣運(yùn)用。無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)中傳感器系統(tǒng)因復(fù)雜的現(xiàn)場連線而導(dǎo)致的諸多干擾和影響。</p><p>　　未來的傳感器發(fā)展的趨勢必定是朝著“五化”前進(jìn)，即小型化、集成化、智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。在今后，加入更多智能補(bǔ)償算法的壓力傳感器會得到重視，更加微型化的高集成傳感器會被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。</p>

34、<p>　　1.4 課題研究的意義</p><p>　　在各種類型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集卡采集傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化，輸出數(shù)字信號被計算機(jī)識別。在這一過程中，如果傳感器存在零點漂移，會嚴(yán)重影響采集數(shù)據(jù)的精度。傳感器產(chǎn)生零點漂移的根源是由于環(huán)境溫度的變化，尤其是劇烈變化時，會引起壓力傳感器的電路元件的參數(shù)發(fā)生變化，從而使一些與被測量無關(guān)的信號也作為輸出信號一并輸出，這種由于零點漂移而產(chǎn)生的無

35、關(guān)信號會被誤認(rèn)為是測得的真實信號，若不對傳感器的零點漂移加以補(bǔ)償，不僅影響數(shù)據(jù)處理工作，也會影響到傳感器的靜態(tài)特性。</p><p>　　1.5 當(dāng)前國內(nèi)外對相關(guān)課題的研究進(jìn)展</p><p>　　對于壓阻式壓力傳感器的零點漂移的補(bǔ)償這一課題，大體分為硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償。在這一領(lǐng)域，國外已經(jīng)做了很多研究，并取得了相當(dāng)成熟的成果。從硬件補(bǔ)償來說，早在前蘇聯(lián)，А.П.Сrиъов 等人就已經(jīng)研

36、究并推導(dǎo)出了壓力傳感器補(bǔ)償電路的電阻計算公式，而后雙電橋補(bǔ)償法，橋外串、并聯(lián)熱敏電阻補(bǔ)償法等技術(shù)也日益完善與成熟。在軟件補(bǔ)償這一方向，許多學(xué)者也提出了行之有效的方法，例如插值法、多項式擬合法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。隨著理論的深入研究，國外一些大公司紛紛作出了自己的補(bǔ)償模塊。與國外相比，雖然國內(nèi)對壓力傳感器補(bǔ)償?shù)难芯恐州^晚，但也取得了很大進(jìn)步。例如沈陽儀器儀表工藝研究所在國內(nèi)首次解決了擴(kuò)散硅力敏芯片的零點溫度自補(bǔ)償工藝。隨著壓力傳感器的不斷

37、智能化，純硬件電路補(bǔ)償?shù)姆椒ū┞冻鲈S多缺陷，而軟件補(bǔ)償技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。</p><p>　　1.6 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本文主要分析了壓力傳感器的工作特性，并分析了壓力傳感器產(chǎn)生零點漂移產(chǎn)生的原因。通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，本文力圖全面整理并學(xué)習(xí)國內(nèi)外在相關(guān)領(lǐng)域的研究方法，簡單從硬件電路設(shè)計上介紹了電路補(bǔ)償法，重點利用軟件方法討論了基線、斜率去除零點漂移的方法、多項式

38、規(guī)范化擬合原理以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對相關(guān)算法編寫了程序，并進(jìn)行分析調(diào)試，結(jié)果表明簡單實用。</p><p>　　第二章 壓力傳感器的工作特性及其零點漂移 </p><p>　　2.1 壓阻式壓力傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)</p><p>　　傳感器的靜態(tài)特性就是指當(dāng)被測量x不隨時間變化，或隨時間變化的程度遠(yuǎn)緩慢于傳感器固有的最低運(yùn)動模式的變化程度時，傳感器的輸出量y與

39、輸入量x之間函數(shù)關(guān)系。</p><p>　　壓力傳感器主要有以下幾種靜態(tài)性能指標(biāo)：</p><p><b>　?。?）靜態(tài)靈敏度</b></p><p>　　傳感器被測量的單位變化量引起的輸出變化量稱為靜態(tài)靈敏度，其表達(dá)式為</p><p>　　靜態(tài)靈敏度是重要的性能指標(biāo)。它可根據(jù)傳感器的測量范圍、抗干擾能力等進(jìn)行選擇；

40、特別是對傳感器中的敏感元件，其靈敏度的選擇尤為關(guān)鍵。</p><p><b>　?。?）線性度</b></p><p>　　理論上來說，傳感器的靜態(tài)特性是一條直線，但實際上，由于種種原因傳感器的實測輸入/輸出關(guān)系并不是一條直線，因此傳感器實際的靜態(tài)特性的校準(zhǔn)特性曲線與某一參考直線不吻合程度的最大值就是線性度，其計算公式為</p><p>　　式

41、中 ——n個測點中的最大偏差；</p><p><b>　　——滿量程輸入。</b></p><p><b>　?。?）零點漂移</b></p><p>　　當(dāng)傳感器的輸入和環(huán)境溫度不變時，輸出量隨時間變化的現(xiàn)象就是漂移。它是由于傳感器內(nèi)部各個環(huán)節(jié)性能不穩(wěn)定，或內(nèi)部溫度變化引起的，是反映傳感器穩(wěn)定性的指標(biāo)。零點漂移可由下式

42、來計算</p><p>　　式中 ——在規(guī)定的溫度保溫一小時后，傳感器零點輸出的平均值；</p><p>　　——在室溫時，傳感器零點輸出的平均值；</p><p>　　——在室溫時，傳感器滿量程輸出的平均值；</p><p>　　——在規(guī)定的溫度保溫一小時后，傳感器滿量程輸出的平均值。</p><p>　　2.2 壓

43、阻式壓力傳感器的工作原理分析</p><p>　　利用壓阻式變換原理可以制成壓敏電阻，壓敏電阻可以感受物體受力時產(chǎn)生的應(yīng)變力。應(yīng)力讓壓敏電阻的阻值發(fā)生變化，通過電橋進(jìn)一步將電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓或者電流的變化。利用壓阻式變換原理制成的傳感器即為壓阻式傳感器。</p><p>　　2.2.1 半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)</p><p>　　當(dāng)固體受到作用力后其電阻率會發(fā)生變化，

44、這一現(xiàn)象稱為固體的壓阻效應(yīng)。所有的固體均具有這一特點，其中以半導(dǎo)體材料最為顯著，因而最具有實用價值。半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)通常有兩種應(yīng)用方式：一種是利用半導(dǎo)體材料的體電阻做成黏貼式應(yīng)變片；另一種是在半導(dǎo)體材料的基片上，用集成電路工藝制成擴(kuò)散型壓敏電阻，擴(kuò)散型硅壓力傳感器運(yùn)用的正是這種效應(yīng)[2]。以下對擴(kuò)散型壓敏電阻效應(yīng)做簡單討論。</p><p>　　我們知道，對給出的某種材料，其電阻的變化率可以寫為以下形式：&l

45、t;/p><p>　　=+—2 （2.2.1）</p><p>　　對于金屬而言，很小，電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由式（2.2.1）中的后兩項形成的；而對于半導(dǎo)體來說，卻很大，這是由半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電特性決定的。</p><p>　　大量實驗表明：半導(dǎo)體材料的電阻率相對變化可寫為</p><p>　　=

46、 (2.2.2)</p><p>　　式中 ——壓阻系數(shù)（Pa），表示單位應(yīng)力引起的電阻率相對變化量；</p><p><b>　　——應(yīng)力（Pa)。</b></p><p>　　對單向受力的晶體，令=E。由式（2.2.2），電阻率的變化率可寫為</p><

47、p><b>　　=E</b></p><p>　　則電阻的變化率可寫為</p><p>　　=++2μ=（E+2μ+1）=K</p><p>　　其中K=E+2μ+1≈E</p><p>　　在半導(dǎo)體材料中的應(yīng)變系數(shù)遠(yuǎn)大于金屬片的應(yīng)變系數(shù)，而且其應(yīng)變系數(shù)的變化主要是由電阻率的相對變化引起的。因此，我們可以得出<

48、;/p><p><b>　　≈==E </b></p><p>　　壓阻式壓力傳感器主要優(yōu)點是：壓阻系數(shù)很高，分辨率較高，動態(tài)響應(yīng)好，但其最大的缺點就是壓阻效應(yīng)的溫度系數(shù)大，存在較大的溫度誤差。</p><p>　　2.2.2 壓阻系數(shù)</p><p>　　對于應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，有[2]</p><p&

49、gt;<b>　　=+</b></p><p>　　相應(yīng)的對于半導(dǎo)體電阻的壓阻效應(yīng)，有</p><p>　　=+ （2.2.3）</p><p>　　式中 ，——縱向壓阻系數(shù)和橫向壓阻系數(shù)（Pa）；</p><p>　　，——縱向應(yīng)力和橫向應(yīng)力</p>&

50、lt;p>　　對于單晶硅任意方向的壓阻系數(shù)計算如圖2.1.1：</p><p><b>　　3</b></p><p><b>　　1'</b></p><p>　　2' P</p><p><b>　　Q<

51、/b></p><p><b>　　I</b></p><p>　　O 2</p><p>　　1 3'</p><p>　　圖2.2.1 單晶硅任意方向的壓阻系數(shù)計算圖</p><p>　　1，2，3為單晶硅立方晶體

52、的主軸方向；在任意方向形成壓敏電阻條R,P為壓敏電阻條R的主方向，又稱縱方向;Q為壓敏電阻條R的副方向，又稱橫向。方向1是由電阻條的實際長度方向決定的，記為1'方向；Q方向是由電阻條的實際受力方向決定的，記為2'方向。</p><p>　　定義，分別為縱向壓阻系數(shù)和橫向壓阻系數(shù)，且有</p><p><b>　　=—2（）（）</b></p>

53、;<p><b>　　=+（）（）</b></p><p>　　式中 ——單晶體的縱向壓阻系數(shù)；</p><p>　　——單晶硅橫向壓阻系數(shù)；</p><p>　　——單晶硅的剪切壓阻系數(shù)；</p><p>　　，——P方向在標(biāo)準(zhǔn)的立方晶格坐標(biāo)系中的方向余弦；</p><p>　　—

54、—Q方向在標(biāo)準(zhǔn)立方晶格坐標(biāo)系中的方向余弦。</p><p>　　利用式（2.2.3）就可以計算任意方向的電阻條的壓阻效應(yīng)。</p><p>　　2.2.3 壓阻式壓力傳感器的內(nèi)部構(gòu)造及工作原理</p><p>　　硅壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如下：</p><p>　　圖2.2.2 壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖</p><

55、p>　　壓阻式壓力傳感器利用具有壓阻效應(yīng)的半導(dǎo)體材料作為敏感元件，用ISO技術(shù)將半導(dǎo)體材料的敏感芯片封裝在不銹鋼波紋膜片的殼體中，在不銹鋼波紋膜片和芯片之間充有硅油。芯片引線穿過殼體引出并采用密封措施，防止硅油向外泄露或外面的壓力介質(zhì)滲入其中，這樣芯片、硅油、殼體和引線組成壓力傳感器。當(dāng)傳感器處在壓力介質(zhì)中時，介質(zhì)壓力作用于波紋膜片上使使其中的硅油受壓，硅油將膜片的壓力傳遞給半導(dǎo)體芯片。芯片受壓后使其電阻值發(fā)生變化，電阻信號通過引

56、線引出。不銹鋼波紋膜片殼體受到壓力并保護(hù)芯片，因而壓阻式壓力傳感器能在有腐蝕性介質(zhì)中感應(yīng)壓力信號。</p><p>　　壓阻式壓力傳感器一般通過引線接入惠斯頓電橋中，如圖2-2-3所示。平時敏感芯片沒有外加壓力作用，電橋處于平衡狀態(tài)（稱為零位）。當(dāng)傳感器受壓后芯片電阻發(fā)生變化，電橋失去平衡。若給電橋加一個恒定電流或者電壓電源，電橋?qū)⑤敵雠c壓力對應(yīng)的電信號，這樣傳感器的電阻變化通過電橋轉(zhuǎn)換為壓力信號輸出。</

57、p><p>　　圖2.2.3 壓力傳感器內(nèi)部惠斯頓電橋電路</p><p>　　2.3 壓阻式壓力傳感器的熱零點漂移問題的研究</p><p>　　傳感器零點產(chǎn)生漂移的原因很多。對壓力傳感器來說，橋路中元件參數(shù)本身就不對稱；彈性元件和電阻應(yīng)變計的敏感柵材料溫度系數(shù)，線脹系數(shù)不同，組橋引線長度不一致等綜合因素，最后導(dǎo)致傳感器組成電橋后相鄰臂總體溫度系數(shù)有一定差異，當(dāng)溫度變

58、化時，相鄰臂電阻變化量不同，從而使電橋產(chǎn)生輸出不平衡，即產(chǎn)生了零點漂移。下面對壓力傳感器的零點漂移進(jìn)行具體分析。</p><p>　　2.3.1 壓阻式壓力傳感器零點漂移的表示</p><p>　　零點溫度漂移是衡量壓力傳感器質(zhì)量的一個重要性能指標(biāo)，一般零點溫度漂移系數(shù)用K0來表示：</p><p><b>　?。?.3.1）</b></

59、p><p>　　上式中，為參考溫度下滿量程時的輸出電壓；和分別為溫度T和參考溫度T0時的零點輸出電壓。由于熱敏電阻制造工藝的不一致性，因此溫度零點漂移系數(shù)K0不是一個定值，它在不同的溫度區(qū)間有不同的值。通常也可以規(guī)定為某個溫度范圍內(nèi)零點輸出占滿量程輸出的比例（±百分?jǐn)?shù)）或最大溫度零點系數(shù)（即零點輸出溫度變化的最大斜率），一般該系數(shù)取值不能超過傳感器精度值。</p><p>　　如圖2

60、-3-1所示為一定電激勵條件下壓力傳感器典型的輸出電壓與壓力之間的關(guān)系。溫度為0℃時的曲線斜率大，25℃曲線的斜率其次，溫度為50℃時曲線的斜率最小。當(dāng)壓力P=0時的輸出電壓U0便是零點輸出電壓。三條曲線的零點輸出電壓的差別就是零點溫度漂移造成的。由圖可見，U0有一個變化范圍。但由于橋臂電阻制作的不一致性，U0（50℃）值不一定大于U0（0℃）值。</p><p>　　圖2.3.1 壓力傳感器的典型輸出與輸入之間

61、的關(guān)系</p><p>　　2.3.2 零點熱漂移產(chǎn)生原因的半導(dǎo)體理論分析</p><p>　　半導(dǎo)體材料本身具有對溫度敏感的特性,在不加壓的情況下,當(dāng)溫度發(fā)生變化時,電阻阻值會產(chǎn)生變化。而對于壓阻型壓力傳感器來說,產(chǎn)生零點輸出的原因還有不僅有材料特性方面的原因,還有加工工藝方面的原因。</p><p>　　制造半導(dǎo)體壓力傳感器的基本原理是利用硅晶體的壓阻效應(yīng)。生產(chǎn)

62、中一般采用集成電路的平面工藝,用雜質(zhì)擴(kuò)散或離子注入的方法形成電阻器。但是，實際生產(chǎn)操作中,力敏電阻條的設(shè)計尺寸和實際光刻尺寸不可能絕對一致,而摻雜濃度也無法做到完全相同,這都會導(dǎo)致電阻條的阻值及電阻溫度系數(shù)產(chǎn)生0.0001%一0.02%的差異,導(dǎo)致了零點輸出的差異,單純在某一參考溫度下的零點輸出是很容易消除的,但是一旦溫度產(chǎn)生變化,又會出現(xiàn)新的零點輸出,從而使不加壓時不同溫度下電橋輸出不能完全一致,導(dǎo)致了零點溫度漂移的產(chǎn)生(擴(kuò)散雜質(zhì)濃度

63、的均勻性、制版時電阻尺寸精度一致性以及光刻的對準(zhǔn)精度、電阻設(shè)計尺寸一致性決定了擴(kuò)散電阻值的一致性;而擴(kuò)散電阻溫度系數(shù)主要取決于摻雜濃度的均勻性)。另外,封裝引入的應(yīng)力的壓阻效應(yīng)也要對零點輸出產(chǎn)生影響。</p><p>　　只有當(dāng)電阻的摻雜濃度和阻值一致時,才能使電橋的零點輸出電壓小,零點熱漂移也小。這對提高傳感器的性能十分有利。但是擴(kuò)散時摻雜分布不易做到均勻,因此要求力敏電阻條越接近越好,越短越好。</p&

64、gt;<p>　　2.3.3 零點熱漂移產(chǎn)生原因的電路分析</p><p>　　理想的情況下，組成惠斯通電橋的四個擴(kuò)散電阻的阻值應(yīng)該是相等的，因而在電橋處于平衡狀態(tài)時，電橋的輸出電壓應(yīng)該零。但在制作壓阻式傳感器的過程中，由于被連接成惠斯通電橋的四個擴(kuò)散電阻的阻值不可能制作得完全相等，所以當(dāng)壓力為零時，電橋的輸出不為零，這種零點輸出漂移將隨溫度的變化而發(fā)生漂移，即產(chǎn)生零點溫度漂移。零點溫度漂移的產(chǎn)生是

65、由于擴(kuò)散電阻的阻值隨溫度變化引起的，在一定的溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度的增加而增加，即擴(kuò)散電阻的溫度系數(shù) 為正值。</p><p>　　R1 　　R4</p><p>　　V 　　　VB</p><p>　　R2 　　 R3</p><p&

66、gt;　　圖2.3.1 力敏電阻電橋</p><p>　　壓阻型壓力傳感器中四個力敏電阻構(gòu)成惠斯頓電橋。當(dāng)電橋用激勵時，電橋的輸出為</p><p><b>　　（2.3.1）</b></p><p>　　，稱為壓力 P =0時的零點輸出，，稱為有效輸出信號，與壓力 P 成正比。</p><p>　　式中為電橋的不平衡量

67、。</p><p>　　為壓力引起的電橋不平衡量，與壓力 P 成正比。 </p><p>　　在考慮熱零點漂移時，P = 0, ?S=0，因此， (2.3.2)</p><p>　　當(dāng)恒定時，熱零點漂移</p><p><b>　　(2.3.3)</b></p>

68、<p>　　其中 R= R(1 +T)(i=1~4)</p><p>　　項對的影響比更為重要，當(dāng)、、、相差不大時，可將的影響略去，則</p><p><b>　　（2.3.4）</b></p><p>　　式中。值是熱零點漂移的決定因素?？梢姕p小壓力傳感器的熱零點漂移的措施是各力敏電阻的電阻值及其溫度系數(shù)的相等性。</p&g

69、t;<p>　　第三章 壓力傳感器熱零點漂移的補(bǔ)償技術(shù)</p><p>　　關(guān)于壓力傳感器的零點漂移補(bǔ)償問題，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了大量研究，并發(fā)表了一系列補(bǔ)償技術(shù)和算法。從整體上來分，可以分為硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償兩大方向。下面分別就這兩個方向的代表性方法做簡單介紹。</p><p>　　3.1 硬件零點補(bǔ)償方法</p><p>　　對壓力傳感器而言，硬件

70、補(bǔ)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(bǔ)償法，橋外串、并聯(lián)熱敏電阻補(bǔ)償法，雙電橋補(bǔ)償技術(shù)、三極管補(bǔ)償技術(shù)等。</p><p>　　以單晶硅壓力傳感器的零點溫度漂移通過串并聯(lián)電阻的方法進(jìn)行補(bǔ)償為例。單晶硅壓力傳感器，是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)制成。壓阻系數(shù)是隨溫度變化而變化，因此壓阻效應(yīng)原理本身可引起傳感器輸出的溫度漂移；另外，半導(dǎo)體敏感元件的制作工藝也會帶來傳感器的整體溫度漂移，如橋路電阻的不等同性、

71、橋臂電阻的漏電流、裝配應(yīng)力等，即使是在沒有輸入的情況下，即零點溫度漂移。</p><p>　　如圖3.1.1所示，在電橋完全對稱時(即R1R3=R2R4)輸出應(yīng)為零，在實際工藝條件下電阻總有些誤差，如在電源電壓為3V的條件下當(dāng)R1=R2=R3=R，R4=99%R，由VOC=V·算出，VOC=7.5mV的零位輸出。為了保證測量的準(zhǔn)確性，必須要對電橋進(jìn)行零位補(bǔ)償。根據(jù)經(jīng)驗，在有較高精度要求的場合下，用串并聯(lián)

72、電阻的補(bǔ)償方法，一般取αs=αp=0。</p><p>　　圖3.1.1 惠斯通電橋電路 圖3.1.2 串并聯(lián)相鄰補(bǔ)償電路 圖3.1.3 串并聯(lián)相間補(bǔ)償電路</p><p>　　無論是恒壓源還是恒流源供電，零位平衡的條件都是對臂電阻的乘積相等。零位溫漂最小的條件都是在對臂電阻的乘積相等的前提下對臂電阻的電阻溫度系數(shù)之和相等。采用一串一并補(bǔ)償?shù)姆▌t，可以有16種形式以上。按

73、照電橋在一定溫度變化范圍內(nèi)保持平衡的兩個條件，可歸結(jié)為兩種基本形式來考慮。</p><p>　　第一種：串并聯(lián)相鄰的形式，如圖3.1.2所示。使電橋平衡的條件是：</p><p><b>　　聯(lián)立兩式，，令有:</b></p><p>　　第二種：串并相間的形式，如圖3.1.3所示，使電橋平衡的條件是：</p><p>

74、<b>　　聯(lián)立兩式，得：</b></p><p>　　總結(jié)以上所推出的結(jié)果，得出完整的補(bǔ)償公式。</p><p>　　但用硬件電路進(jìn)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。軟件補(bǔ)償是將微處理器與壓力傳感器結(jié)合起來，充分利用豐富的軟件功能、結(jié)合一定的補(bǔ)償算法對傳感器溫度的附加誤差進(jìn)行修正。軟件補(bǔ)償?shù)男Ч扔布a(bǔ)償好，達(dá)到

75、的精度更高，而且成本較低。通過軟件編程充分利用系統(tǒng)的計算能力和判斷能力來實現(xiàn)零點的自動跟蹤補(bǔ)償，清除系統(tǒng)的零點溫度漂移。</p><p>　　3.2 軟件補(bǔ)償零點漂移方法</p><p>　　軟件補(bǔ)償是將微處理器與壓力傳感器結(jié)合起來,充分利用豐富的軟件功能、結(jié)合一定的補(bǔ)償算法對傳感器溫度的附加誤差進(jìn)行修正。軟件補(bǔ)償?shù)男Ч扔布a(bǔ)償好,達(dá)到的精度更高,而且成本較低。軟件補(bǔ)償?shù)乃惴ㄓ谢€、斜

76、率去除零漂法、多項式擬合規(guī)范化法，以及RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等,都可用于壓力傳感器熱零點漂移的補(bǔ)償。</p><p>　　3.2.1 基線、斜率去除零漂方法</p><p>　　在信號采集過程中，在觸發(fā)信號未發(fā)生到觸發(fā)采集以及在采集結(jié)束后的這些時間段里，輸入的信號為零，輸出的信號不為零，這種采集到的輸出數(shù)據(jù)以隨機(jī)噪聲的形式存在，對于數(shù)據(jù)的計算與處理是沒有意義的，我們定義這段時間里采集到的信號值稱

77、之為零點漂移。零點分為第一零點和第二零點,第一零點指的是變送器測量的力為0即變送器輸入為0時系統(tǒng)采集到的值。第二零點指的是變送器測量的力由不為0變成0后測量的值,平均值能夠較為精確的反映零點的值。對第一零點、第二零點分別進(jìn)行S次采樣,采集數(shù)據(jù)為，對其求平均值如下：</p><p>　　式中S——第一零點采樣次數(shù)；</p><p>　　mi——第i次采集前零點值</p><

78、;p>　　對第二零點進(jìn)行s次采樣，采集數(shù)據(jù)為,對其求平均值如下：</p><p>　　式中——第i次采集后零點值</p><p>　　方差指的是隨機(jī)變量偏離數(shù)學(xué)期望的程度。方差越大,則采集的零點值偏離真實前零點值越遠(yuǎn),方差越小,則采集的零點值與真實零點值越接近,對第一零點采樣值求方差如下：</p><p><b>　　（3.2.1）</b>

79、;</p><p>　　對第二零點采樣值求方差如下：</p><p><b>　?。?.2.2）</b></p><p>　　若D(m)>10%或D(n)>10%,則采集的零點值與真實零點值相差較大,該零點測量產(chǎn)生了較大干擾,必須排除干擾后再重新選擇零點。若方差小于10%,則采集的數(shù)據(jù)能夠精確的代表第一零點和第二零點的值,對第一零點

80、和第二零點的值求偏差如下：</p><p><b>　?。?.2.3）</b></p><p>　　若E<2%,則認(rèn)為第一零點和第二零點處于同一水平線上,則處于第一零點和第二零點之間的零點漂移值應(yīng)該波動較小,由此可得出變送器的零點漂移值較為穩(wěn)定,則采用基線零點漂移法可以消除零點漂移。若E2%,則第一、第二零點不在同一水平線上,則需要采用斜率去零點漂移法。對于絕大

81、多數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都存在基線零點漂移；而斜率零點漂移則多見于積分系統(tǒng)，隨著時間的推移，積分器的零點可能會出現(xiàn)隨時間累加漂移。</p><p>　　基線零點漂移法的原理就是將每次測量的值減去零點漂移穩(wěn)定值,所得到的值就是消除零點漂移后的值。設(shè)零點漂移穩(wěn)定值為c,則可得：</p><p><b>　?。?.2.4）</b></p><p>　　在變

82、送器輸入不等于0時,任意時刻采集的值為,則消除零點漂移后的值為：</p><p><b>　?。?.2.5）</b></p><p>　　若E>2%,則零點漂移不是固定的值,即零點漂移是隨著其他因素的改變而變化。常用的法是斜率去零點漂移法。斜率去零點漂移法認(rèn)為零點漂移是隨著時間以一定的斜率變化的。已知第一零點值,第二零點值,設(shè)采樣的第i個信號零點值為，則由直線函

83、數(shù)計算可得：</p><p><b>　?。?.2.6）</b></p><p>　　式中k——斜率去零點漂移法的斜率</p><p><b>　　T——采樣周期時間</b></p><p>　　第一、第二零點值為，兩點時間間隔為ST,則斜率為：</p><p>　　綜合以上

84、式子，有消除零點漂移后的值為：</p><p><b>　　（3.2.7）</b></p><p>　　基線零點漂移法將式(3.2.5)存入系統(tǒng)中,測量后的值經(jīng)過計算即可得到實際的值。在斜率零點漂移算法中,將式(3.2.7)存到系統(tǒng)中,每次測量的值經(jīng)過式(3.2.7)可得出消除零點漂移后的值,式(3.2.5)與式(3.2.7)為補(bǔ)償函數(shù)。</p><

85、;p>　　3.2.2 多項式擬合規(guī)范化法</p><p>　　由于在實際測量中。壓力傳感器所測量的溫度、壓力等物理量不會與輸出值是嚴(yán)格的線性關(guān)系，因此其函數(shù)關(guān)系常常是多項式形式。多項式可用于非線性信號的擬合，關(guān)鍵在于求解其各項系數(shù)。非線性函數(shù)U=f(T)可以用一個多項式來表示:</p><p><b>　　（3.2.1）</b></p><p

86、>　　由于以往的多項式擬合方法需要求解方程組來確定待定系數(shù)，而且冪級數(shù)多項式?jīng)]有正交性，計算過程比較繁瑣，不利于工程實現(xiàn)?，F(xiàn)有一種規(guī)范化多項式擬合，提出一種標(biāo)準(zhǔn)化方法，使得計算簡便，有利于編程。應(yīng)用這種方法進(jìn)行分段擬合時，接合點能保持函數(shù)的連續(xù)性，而且當(dāng)接合點附近部分重疊時可以保持導(dǎo)數(shù)的連續(xù)性。具體原理如下：</p><p>　　設(shè)有N個測試點，對應(yīng)的輸入輸出數(shù)據(jù)分別為溫度，零點電壓（i=1,2,…，N）。

87、令,即有等分點,，…。例如取N=5，則有。于是有規(guī)范化同構(gòu)矩陣（），：</p><p>　　且（）=1。這樣與式（3.2.1）相對應(yīng)有規(guī)范化多項式：</p><p><b>　　(3.2.2)</b></p><p><b>　　又由</b></p><p>　　由式（3.2.2）有，當(dāng)N取值1~5

88、時，分別有：</p><p><b>　　寫成矩陣形式為：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　可得</b></p><p>　　由于N=/T,比較式（3.2.1）和（3.2.2）可得，，，，，。將求得的系數(shù)帶入式（3.2.1）中，即可得

89、到擬合多項式表達(dá)式。</p><p>　　3.2.3 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法</p><p>　　這種方法的技術(shù)較為成熟，取得的結(jié)果精度也很高。但由于所學(xué)知識所限，本文并未對該方法做詳細(xì)敘述與程序的編寫。這里只是盡作者的理解做以下介紹。</p><p>　　基本原理：通常零點溫度補(bǔ)償軟件算法中公式法較復(fù)雜，切擬合精度常會受到限制。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有使用的樣本數(shù)少，算法簡單

90、、具有任意函數(shù)逼近能力，應(yīng)用前景良好。以采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳感器零點溫度補(bǔ)償為例簡要介紹如下，其原理框圖如圖所示。</p><p>　　圖3.2.1 傳感器零點補(bǔ)償原理圖</p><p>　　圖中傳感器數(shù)學(xué)模型為：，式中，x為被測參數(shù)，z為傳感器輸出，t1,t2Λ,tk為k個環(huán)境參數(shù)。若z和t1,t2Λ,tk均為x的單值函數(shù)，則上式的反函數(shù)存在，為：。為了對傳感器零點溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償，

91、其輸出端串聯(lián)一個補(bǔ)償環(huán)節(jié)，補(bǔ)償環(huán)節(jié)的特性函數(shù)為：，式中的y為補(bǔ)償后的輸出。顯然，y等于被測量x，從而實現(xiàn)傳感器零點溫度補(bǔ)償。但往往很復(fù)雜，難以準(zhǔn)確求出，而RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性逼近能力，可以利用RBF網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)并逼近函數(shù)，實現(xiàn)傳感器零點補(bǔ)償。</p><p>　　此外軟件法還包括查表法、插值法等，還有一些廠家從傳感器本身的特點出發(fā)，采用特殊技術(shù)，如改變摻雜濃度等，或者采用自校準(zhǔn)技術(shù)來解決零點漂移的問題，但這

92、些方法補(bǔ)償精度不高，效果遠(yuǎn)沒有上述三種方法好，因此這里就不一一列舉。</p><p><b>　　3.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　上述硬件補(bǔ)償、軟件補(bǔ)償方法，均可實現(xiàn)溫度引起的傳感器零點漂移，都是行之有效的途徑。但較國外發(fā)展情況來看，我們做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，前方的路還很長。借鑒國內(nèi)外傳感器生產(chǎn)廠家零點補(bǔ)償、零點溫度補(bǔ)償工藝，積累經(jīng)驗，自主開發(fā)研制。硬件補(bǔ)償固

93、然重要有其優(yōu)勢所在，但畢竟信息技術(shù)在發(fā)展，儀器設(shè)備微型化、智能化是不言而喻的大趨勢，所以我們必須加緊其補(bǔ)償方法的研究，尤其是在軟件補(bǔ)償方面，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法補(bǔ)償更顯得尤為重要。</p><p>　　第四章 零點漂移補(bǔ)償算法的C語言實現(xiàn)與測試</p><p>　　4.1 基線、斜率去除零點漂移的流程圖設(shè)計 </p><p><b>　　數(shù)字濾波

94、</b></p><p><b>　　N(方差較大)</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　N Y（差分較大）</p><p>　　圖4.1.1 去除零點漂移的程序流程圖</p><p>　　4

95、.2 變量定義及部分運(yùn)行程序</p><p>　　根據(jù)理論算法及程序流程圖編寫出運(yùn)行程序。下面給出部分程序。</p><p><b>　　定義以下變量：</b></p><p>　　float ax[N],bx[N],y[N],CYx[N]；//ax[]是采樣結(jié)束后的數(shù)據(jù)用于計算第二零點;</p><p>　　bx[]采

96、樣前數(shù)據(jù)計算第一零點</p><p>　　y[]處理后的采樣數(shù)據(jù)；</p><p><b>　　CYx[]采樣數(shù)據(jù)</b></p><p>　　float fc1,fc2,ux1,ux2,Xmax1,Xmax2,Xmin1,Xmin2,temp,cf,avgZ,k,T;</p><p>　　//fc1、fc2是對ax[]

97、和bx[]處理得到的方差</p><p>　　ux1、ux2是ax[]和bx[]的均值</p><p>　　Xmax1,Xmin1是bx[]的最大最小值</p><p>　　Xmax2,Xmin2是ax[]的最大最小值</p><p><b>　　temp中間變量</b></p><p><

98、b>　　cf差分</b></p><p>　　avgZ是兩零點均值</p><p><b>　　k斜率</b></p><p><b>　　T采樣周期</b></p><p><b>　　求方差部分程序：</b></p><p>　　v

99、oid FC(float ax[],float bx[]) {</p><p>　　fc2=fc1=0;</p><p>　　sum1=sum2=0.0;</p><p>　　//Zero();</p><p>　　for(i=1+n;i<N-1-m;i++){</p><p>　　sum1+=(bx[i]-

100、ux1)*(bx[i]-ux1);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(i=1+q;i<N-1-p;i++){</p><p>　　sum2+=(ax[i]-ux2)*(ax[i]-ux2);</p><p><b>　　}</b></p><

101、;p>　　fc1=sum1/(N-2-n-m);</p><p>　　fc2=sum2/(N-2-p-q);</p><p>　　getchar();</p><p>　　//printf("%d %d %d %d",m,n,p,q);</p><p>　　printf("sum1=%f

102、 sum2=%f fc1=%f </p><p>　　fc2=%f\n",sum1,sum2,fc1,fc2);</p><p>　　getchar();</p><p><b>　　求差分部分程序：</b></p><p>　　void CF(){</p><p>　　cf

103、=(fabs(ux1-ux2))/2;</p><p>　　getchar();</p><p>　　printf("cf=%f ux1=%f ux2=%f\n",cf,ux1,ux2);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　求第一、第二零點部分程序：</p>

104、;<p>　　void Zero(float ax[],float bx[]){</p><p>　　bsum=asum=0;</p><p>　　ux1=ux2=Xmax1=Xmax2=Xmin2=Xmin1=temp=0;</p><p>　　Xmax1=bx[N-1-m];</p><p>　　Xmin1=bx[0+n];

105、</p><p>　　Xmax2=ax[N-1-p];</p><p>　　Xmin2=ax[0+q];</p><p>　　for(i=1+q;i<N-1-p;i++){</p><p>　　asum+=ax[i];</p><p><b>　　}</b></p><p

106、>　　for(i=1+n;i<N-1-m;i++){</p><p>　　bsum+=bx[i];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ux1=bsum/(N-2-n-m);</p><p>　　ux2=asum/(N-2-p-q);</p><p><b

107、>　　4.3 結(jié)果分析</b></p><p>　　現(xiàn)以2006/08/16的采集結(jié)果為例進(jìn)行分析，下圖為零點漂移補(bǔ)償前曲線圖：</p><p>　　圖4.1.2 原2006/08/16采集數(shù)據(jù)曲線</p><p>　　從圖中可以看出曲線存在約為0.2MP左右的零點漂移?，F(xiàn)提取曲線的采樣點，定采樣點數(shù)為N=12，采樣開始時刻為t=200ms，采樣結(jié)

108、束時刻為t=1300ms，采樣時間為t=1100ms,采樣速率為1K，采樣周期為1s（即1000ms），對曲線圖放大如下：</p><p>　　圖4.1.3 原2006/08/16采集數(shù)據(jù)曲線放大圖 </p><p>　　我們手動抽取12個采樣點，則有以下數(shù)據(jù)： </p><p>　　表一 采樣開始前采集值</p><p>　　表二

109、 采樣結(jié)束后采集值</p><p>　　表三 采樣期間采集值</p><p>　　運(yùn)行去零漂軟件，如下圖：</p><p>　　圖4.1.4 基線、斜率去零漂軟件運(yùn)行界面</p><p>　　點擊“參數(shù)設(shè)置”按鈕，對相關(guān)參數(shù)分別進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　首先輸入采樣前、后采集點個數(shù)以及采樣點個數(shù)，如下圖：

110、</p><p>　　圖4.1.5 參數(shù)輸入界面1</p><p>　　點擊“確定”按鈕，并點擊下一步，設(shè)置采樣周期，如圖：</p><p>　　圖4.1.6 參數(shù)輸入界面2</p><p>　　點擊“確定”按鈕，并點擊下一步，輸入采樣前數(shù)據(jù)，如下圖：</p><p>　　圖4.1.7 數(shù)據(jù)輸入界面1</p>

111、;<p>　　點擊“確定”按鈕，并點擊下一步，輸入采樣中的數(shù)據(jù)，如下圖：</p><p>　　圖4.1.8 數(shù)據(jù)輸入界面2</p><p>　　點擊“確定”按鈕，并點擊下一步，輸入采樣結(jié)束后的數(shù)據(jù)，如下圖：</p><p>　　圖4.1.9 數(shù)據(jù)輸入界面3</p><p>　　點擊“確定”按鈕，并點擊“完成”，結(jié)束參數(shù)設(shè)置<

112、;/p><p>　　再點擊“零漂計算”，對相關(guān)結(jié)果進(jìn)行計算，并輸出零點補(bǔ)償后的新數(shù)據(jù)，如下圖：</p><p>　　圖4.1.10 結(jié)果運(yùn)行界面</p><p>　　在這里需要補(bǔ)充說明的是，因為經(jīng)過基線去零漂算法補(bǔ)償之后，我們對得出的結(jié)果取的是絕對值（因為實際中測量的物理量不可能為負(fù)），這對最后實際的結(jié)果是沒有影響的，因此上述結(jié)果里的負(fù)值都取其絕對值。</p>

113、;<p>　　補(bǔ)償前的采樣結(jié)果輸入MATLAB中，如下：</p><p>　　圖4.1.11 MATLAB繪圖1</p><p><b>　　得到曲線如下：</b></p><p>　　圖4.1.12 MATLAB仿真補(bǔ)償前曲線圖</p><p>　　將補(bǔ)償后的結(jié)果輸入MATLAB中，如下：</p&g

114、t;<p>　　圖4.1.13 MATLAB繪圖2</p><p>　　得出零點漂移補(bǔ)償后的曲線如下：</p><p>　　圖4.1.14 MATLAB仿真補(bǔ)償后曲線圖</p><p>　　在這里，我們應(yīng)該知道，最終曲線的精確度是與采樣點的個數(shù)有關(guān)的，當(dāng)我們設(shè)置的采樣點個數(shù)越接近原始采樣數(shù)據(jù)的個數(shù)，我們所得的曲線也就會越逼近原始曲線。</p>

115、;<p>　　對補(bǔ)償前原曲線t=200ms處的數(shù)值放大，如下圖：</p><p>　　圖4.1.15 原曲線在t=200ms處值</p><p>　　需要說明的是，由于該曲線并不是近期現(xiàn)場采集所得，因此在當(dāng)時數(shù)據(jù)采集過程中并沒有設(shè)置出采集前和采集后的余量，在這里，我們將0~200ms這段時間采集的數(shù)據(jù)作為采樣開始前的量，1300ms之后的數(shù)據(jù)作為采樣結(jié)束后的量，200ms~1