压力传感器非线性补偿的研究

光电传感器电路设计中的非线性补偿方法引言：随着科技的发展，光电传感器在各种应用领域都得到了广泛的应用。

在光电传感器的电路设计中，非线性补偿是非常重要的一环。

由于光电传感器在不同工作条件下，输出信号的电压-光强度特性曲线可能会发生非线性畸变，而这可能会对传感器的性能和测量结果产生重大影响。

因此，采取适当的非线性补偿方法来修正这些非线性特性是至关重要的。

一、什么是光电传感器的非线性补偿当光电传感器在工作过程中，输出信号的电压-光强度特性曲线并非总是呈线性关系，而是会受到多种因素的影响而产生非线性的畸变。

这些因素可能包括电源波动、温度变化、器件参数变化以及电路中其他干扰源的存在。

非线性补偿的目的是通过采取一系列的补偿方法，使得输出信号的非线性变换能够得到有效的控制和修正。

二、非线性补偿方法的分类1. 数学模型法数学模型法是一种基于数学原理的非线性补偿方法。

通过对光电传感器输出信号的特性进行建模，可以根据建立的数学模型对非线性特性进行精确补偿。

常见的数学模型包括多项式模型、指数模型和对数模型等，其中多项式模型是最常用的一种。

采用数学模型法的优点是其理论基础较为牢固，准确性较高，能够适应不同的传感器和非线性特性。

然而，数学模型法需要进行比较复杂的计算和模型参数的优化，对硬件资源和计算能力有一定要求。

2. 数据修正法数据修正法是基于实验数据的非线性补偿方法。

通过预先获取光电传感器在不同光强度条件下的输出信号数据，可以对实验数据进行合理的加工和修正，从而得到补偿后的数据。

常见的数据修正方法包括插值法、拟合法和曲线拟合法等。

数据修正法的优点是简单易行，不需要太多的理论分析和计算，适用于一些对准确性要求相对较低的应用场景。

然而，数据修正法可能受到实验数据收集误差的影响，需要进行较多的实验和数据处理，提供的补偿结果可能存在一定的误差。

3. 模拟电路设计法模拟电路设计法是通过电路设计来实现非线性补偿的方法。

典型的非线性补偿电路包括自校正电路和非线性反馈电路。

2019年第2期农机使用与维修17输出电压为零。

当称重传感器负载，弹性敏感元件的应变会引起电阻应变片产生形变，理论情况下，负载力与电阻应变片的应变量应该成正比关系，但受到加工和安装以及材料的非线性影响，使负载力与应变量呈现一定的非线性关系。

此时图中的电阻应变片队和R4被拉伸，电阻值增大，而R2、R3被压缩，电阻值减小。

由于不同位置的电阻发生改变，此时电桥失去平衡，传感器会生成并输出压力测量电压U2，由于U2与所受负载成非线性关系，当负载越大，称重传感器的非线性误差也就越大[2]。

U图1电阻式压力传感器结构原理2.2非线性误差补偿方案为减少称重传感器非线性误差的影响,通过一定的技 术手段提升称重传感器输人和输出的线性关系程度，以保 证传感器工作过程的准确性和可靠性，提高测量、传输和 控制过程的稳定性。

对于称重传感器非线性误差的补偿 方法很多，按照补偿形式大体可以分为硬件补偿和人工神 经网络软件补偿两大类。

硬件补偿主要是利用一定的元器件或电子线路进行 非线性误差的矫正，其特点是相对简单便捷，是传统称重 传感器非线性误差补偿的常用方法。

随着生产力的不断 进步，工业上对称重传感器的非线性误差补偿精度提出了 更高的要求。

由于硬件补偿受到电子器件漂移和技术能 力的影响，难以做到全程补偿，其在准确性和可靠性上难 以满足更高的要求标准，因此，利用更新的计算机技术和 函数原理的软件补偿方式被快速开发。

近年来，通过神经 网络对称重传感器进行非线性误差补偿受到了越来越多 专业人士的重视，人工神经网络的函数逼近功能说明：对 于任意的连续函数或映射关系，必然会存在一个3层的前 向网络，能够以任意准确度逼近此函数或映射关系，如图 2所示。

除上述两种补偿方式外，还可通过多项式拟合法 和建立传感器的分度表的方法实现非线性误差的补偿，但 由于多项式拟合法复杂程度高，传感器分度表的存储器容 量有限，现阶段的使用量也都在逐渐减少[3]。

压力传感器温度补偿技术压力传感器温度补偿技术摘要压力传感器是一种较为常用的传感器件，由于自身的非线性特点以及外界因素的影响，传感器的输出结果容易产生误差，其中温度的影响最大，因此，对传感器的温度补偿就显得尤为重要。

文章对目前常用的温度补偿方法进行了分析，在此基础上，提出了一种新的温度补偿方法，并对BP神经网络进行了改进，从研究结果来看，该方法有效提高了传感器的稳定性及精度。

关键词压力传感器;温度漂移;温度补偿压力传感器的输出结果精度容易受到多种因素的影响，其中，唯独是影响传感器输出精度的最主要因素。

目前，国内经常使用硬件补偿和软件补偿两类方法对压力传感器进行温度补偿。

硬件补偿方法调试难度较高、精度低、通用性也较差，在实际工程中应用时，难以去得较好的效果;而软件补偿方法有效弥补了硬件补偿的缺点，其中BP神经网络补偿在实际工程中运用十分广泛，但是典型BP神经网络补偿法虽然精确度高，但是整个流程过于复杂、整个过程耗时较长，因此，本文提出了一种基于主成分分析的BP神经网络补偿方法，希望对提高补偿效率和准确性起到一定的.作用。

1 典型BP神经网络补偿原理分析BP神经网络是目前研究中应用范围最广的神经网络模型之一，BP神经网络术语单向传输网络结构，整个信息传输的过程呈现出高度的非线性特点。

典型的BP神经网络结构包括输入层、隐含层和输出层3层结构。

通常情况下BP神经网络只有这3层结构，这主要是由于单隐层的BP神经网络既可以完成从任意n维到m 维的映射。

其典型结构如下图所示。

BP神经网络结构模型BP算法设计到了信息的正向传播以及误差的反向传播，信息首先从输入层传入，然后经过隐含层的处理传入输出层，最终输出的信息可以用下面的形式进行表示：其中：、分别代表了隐含层及输出层的权值;n0、n1分别对应了输入节点数及隐含层节点数。

输出层神经元的激励函数f1通常呈现出线性特点;而隐含层神经元的激励函数f2通常采用如下所示的形式在(0，1)的S型函数中进行输出：由于BP神经网络隐含层采用的传递函数为对数S型曲线，其输出范围在(0，1)之间。

– 46– Ⅲ 基础物理实验图2-1 等截面梁结构示意图可编辑修改精选全文完整版实验2 压力传感器特性的研究压力传感器是利用应变电阻效应，将力学量转换成易于测量的电压量的器件。

压力传感器是最基本的传感器之一，主要用在各种电子秤、应力分析仪等仪器上。

传感器的种类很多，应用极为广泛。

根据要求精度和使用方式不同，可选用不同型号的压力传感器。

一、实验目的1. 了解压力传感器的工作原理。

2. 研究压力传感器的静态特性。

3. 了解电位差计的工作原理，熟悉其使用方法。

二、实验仪器压力传感器、电位差计、稳压电源、电压表、砝码等。

三、 实验原理本实验所用的传感器，是由四片电阻应变片组成，分别粘贴在弹性体的平行梁上、下两表面上。

四个应变片组成电桥，采用非平衡电桥原理，把压力转化成不平衡电压进行测量。

下面我们从三个方面对压力传感器进行讨论。

1. 应变与压力的关系电阻应变片是将机械应变转换为电阻阻值的变化。

将电阻应变片粘贴在悬臂梁式弹性体上。

常见的悬臂梁形式有等截面梁、等强度悬臂梁、带副梁的悬臂梁以及双孔，单孔悬臂梁。

图2-1是等截面梁结构示意图，弹性体是一端固定，截面积S 处处相等的等截面悬臂梁（S ＝bh ，宽度为b ，厚度为h ），在距载荷F 着力点L 0的上下表面，顺L 方向粘贴有受拉应变片R 1、R 3和受压的R 2、R 4应变片，粘贴应变片处的应变为Ybh FL Y f 2006==ε (2-1) 式中f 是应变片处的应力，Y 是弹性体的弹性模量。

从式(2-1)可看出，除压力F 外，Ⅲ 基础物理实验 – 47 –图 2-2 应变片差动电桥电路其余各量均为常量。

所以，应变ε0与压力F 成正比。

2. 电阻的变化与电压的关系由于弹性体的应变发生了变化，粘贴在其上的电阻应变片的电阻值也随之发生变化，受拉的电阻应变片电阻值增加，而受压的电阻应变片电阻值减少，把四个电阻应变片组成一个电桥，这便成为差动电桥，如图2-2所示。

传感器非线性补偿处理
在完成了非线性参数的线性化处理以后,要进行工程量转换,即标度变换,才能显示或打印带物理单位(如℃)的数值,
其框图如图1。

图1 数字量非线性校正框图下面介绍非线性软件处理方法。

用软件进行“线性化”处理的方法有三种：1. 计算法 2. 查表法程序流程图,如图2所示。

图2 挨次查表法程序流程图3. 插值法（1）插值原理设某传感器的输出特性曲线（例如电阻—温度特性曲线）如图3所示。

图3 分段先行插值原理
（2）插值法的计算机实现下边以点斜式直线方程（4-37）为例,讲一下用计算机实现线性插值的方法。

第一步,用试验法测出传感器的变化曲线y=f（x）。

其次步,将上述曲线进行分段,选取各插值基点。

第三步,确定并计算出各插值点的xi、yi值及两相邻插值点间的拟合直线的斜率ki,并存放在存储器中。

第四步,计算x-xi 。

第五步,找出x所在的区域（xi, xi+1）,并取出该段的斜率ki。

第六步,计算ki(x-xi)。

第七步,计算结果y=yi+ki（x- xi）。

程序框图见图4。

图4 先行插值计算程序流程图
1。

压力传感器灵敏度电压非线性分析作者：宋青林， 孙以材， 多旭亮作者单位：宋青林(中国科学院电子学研究所,传感技术国家重点实验室,北京,100080)， 孙以材(河北工业大学,天津,300130)， 多旭亮(天津化工研究设计院,天津,300133)刊名：电子器件英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ELECTRON DEVICES年，卷(期)：2004,27(1)被引用次数：3次参考文献(5条)1.Sun Yi cai Electric Drift of the Bridge Offset for Pressure Sensors and Its Utilization[外文期刊] 1997(3)2.Tufte O N Piezoresistive Properties of Silicon Diffused Layers[外文期刊] 19633.宋青林;孙以材压力传感器的激励电源电压值的选择 2000(09)4.孙以材;宋青林压力传感器零点电漂移和热零点漂移的模拟[期刊论文]-电子器件 2000(2)5.宋青林;孙以材应用PSPICE软件分析压力传感器的非线性电阻电桥电路 2000(04)本文读者也读过(2条)1.李戎压力传感器灵敏度特性的研究[期刊论文]-铸造技术2003,24(5)2.李晶晶.岳瑞峰.刘理天压阻式压力传感器零点输出研究[期刊论文]-传感器技术2002,21(7)引证文献(3条)1.佟望舒.李晓宇差压传感器的非线性对空气相对压力系数的影响研究[期刊论文]-实验室科学 2010(5)2.佟望舒.李晓宇测量空气相对压力系数的系统误差分析[期刊论文]-实验技术与管理 2010(10)3.于旭光材料试验机的数字化改造[学位论文]硕士 2006本文链接：/Periodical_dzqj200401008.aspx。

高精度压力测量中的非线性和温度补偿
曾永红;钟鹏;易新建
【期刊名称】《中国仪器仪表》
【年(卷),期】2002(000)005
【摘要】本文介绍了通过二元线性插值对高精度压力测量系统实行非线性及温度补偿的方法,探讨了该方法的具体算法及在井下存储式电子压力计中的软件实现.【总页数】3页(P11-13)
【作者】曾永红;钟鹏;易新建
【作者单位】华中科技大学光电子工程系,武汉,430074;东风汽车公司车身厂,湖北,十堰,442000;华中科技大学光电子工程系,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
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压力传感器输出的一种新的非线性补偿方法
吕惠民;田敬民;张晓群;马德明
【期刊名称】《西安理工大学学报》
【年(卷),期】2000(016)002
【摘要】在讨论了压力传感器非线性输出误差分布规律的基础上,提出了压力传感器输出的一种新的非线性补偿方法,介绍了误差修正即补偿因子中三个基本参量(A、ω、φ)的取值方法.通过对两个压力传感器实际输出数据的补偿,使其线性度分别
由补偿前的1.89%、2.06%降低为补偿后的0.69%、0.33%.
【总页数】4页(P200-203)
【作者】吕惠民;田敬民;张晓群;马德明
【作者单位】西安理工大学理学院,自动化与信息工程学院,陕西,西安,710048;西安理工大学理学院,自动化与信息工程学院,陕西,西安,710048;西安建筑科技大学;西安理工大学理学院,自动化与信息工程学院,陕西,西安,710048
【正文语种】中文
【中图分类】TN301
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