摘  要　采用软件对特性进行补偿处理，可提高传感器的性能指标，省去复杂的硬件，简化装置，降低成本。该装置可提高测量精度，增加功能，提高自动化程度，给学生提供大量实际动手机会，有利于学生加深对智能化传感器的了解。
    关键词　传感器　仿真　matrixvb控件　软件应用

1　引言　　
　　传感器在自动检测与自动控制中所起的作用是非常重要的，它的特性好坏直接关系着各种工艺参数与控制精度的高低。所谓传感器的特性一般包括两方面的内容：一是传感器的静态特性，即传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量与输入量的关系；二是传感器的动态特性，即传感器对于随时间变化的输入量的响应特性，传感器所检测的非电量大多是时间的函数，是对传感器的输出值能够真实地再现变化着的输入能力的反映。
2　软件实现传感器静态特性线性化
　　在实际工作中，大多数传感器的输入信号，与被测参数之间呈非线性关系，这是造成测量与控制精度低、误差大的主要原因。产生非线性的原因，一方面是由于传感器本身的非线性，另一方面非电量转换也会出现非线性。为了使传感器输出信号与输入信号呈线性关系，另外输出信号与输入信号随时间的变化曲线一致或相似，要求传感器不仅具有良好的静态特性，而且还应具有良好的动态特性。随着计算机技术的发展，特别是单片机应用技术在智能仪表、自动化装置以及其他行业各种参数的测量于控制中的广泛应用，软件成为实现这一目的的良好途径。采用软件对传感器特性进行补偿处理，可提高传感器的性能指标，省去复杂的硬件电路，简化装置，降低陈本。发挥微型计算机的智能作用，提高检测的准确性和精度，拓宽传感器的应用范围，适当改变软件的内容可以对不同的传感器进行补偿，实现智能传感器。传感器和微型计算机的结合构成智能化传感器，这种自动测量系统具有下列三方面的特征：
    （1）提高了测量精度
　　利用微型计算机操作多次测量和求均值的办法可削弱随机误差的影响。
    利用微型计算机进行系统误差补偿。利用辅助温度传感器和微机进行温度补偿。利用微机实现线性化可减少非线性误差。
    （2）增加了功能
　　利用记忆功能对被测量进行{zd0}值最小值测量。
　　利用微机的计算功能对原信号进行数据处理，可获得新的量值。
　　用软件的办法进行放大、倍频和细分可提高分辨率。对诸多被测量有记忆存储功能。
    （3）提高了自动化程度可实现误差自动补偿。
    可实现检测程序自动化操作。
　　可实现越限自动报警，可实现自动变量程检测。
　　采用多传感器检测和微机控制可对诸多被测量进行自动巡回检测。
　　传感器输出与输入之间的关系可由下列方程式确定（不考虑迟滞及蠕变效应）：Y＝a₀＋a₁X＋a₂X²＋……＋，式中，Y―输出量；X―输入量；a₀―零位输入；a₁―传感器的灵敏度；a₂，a₃，……a_n―非线性待定常数，若a₀＝0，表示静态特性通过原点，此时静态特性由线性项a₁X和非线性项叠加而成。
　　实际应用中若非线性项的方次不高，则在输入量变化不大的范围内，用切线或割线代替实际的静态特性曲线的某一段使传感器的静态特性近似于线性，即传感器静态特性线性化，是可以满足工程要求的。非线性软件处理方法有以下几种：
    （1）计算法
　　在工程应用中，被测参数和输出电压常常是一组测定的数据。此时，可应用数学上的曲线拟和的方法，如最小二乘法、数值逼近法等，对被测参数和输出电压进行拟和，得出误差最小的近似表达式。当输出信号与传感器参数之间有确定的数学表达式时，就可以采用计算法进行非线性补偿。即在软件中编制一段完成数学表达式的计算程序，当被测参数经过采样，滤波和标准变换后直接进入计算程序进行计算，计算后的数值即为经过线性化处理的输出参数。
    （2）查表法
　　当数学表达式比较简单时，采用计算法进行补偿是一个切实可行的方法。但如果某些参数计算非常复杂，被测参数与输出电压没有确定的关系或不能用某种函数表达式进行拟合时，可采用查表法。查表法是将传感器的输出电压由小到大按顺序计算出对应的被测参数，将输出电压与被测参数的对值法有机结合起来，从而形成插值法。（4）用软件工具进行传感器特性线性化由于matlab在处理数值运算方面有很大的优势，使用它提供的matrixvb控件来进行数值运算，并利用它将数据用图表示出来，这样使测量结果很直观。本系统微机仿真由软件来完成，由于VB操作数据库及其串口通讯的方便性，所以可用VB语言编写，同时采用数据库的方式来管理各种传感器的数据。软件可实现管理传感器的种类，任意添加传感器和删除传感器的种类，并可以随时修改某种传感器的数据。考虑到某些情况下，传感器的一些数据已经存在，所以电压数据可通过手工输入也可以实际测量，从串行口读入，也可以一些手工输入一些串行口读入。当某种传感器的数据录入完成后，就可对此传感器进行仿真和测量。
　　假设传感器的力F与输出的电压U存在函数关系，即F＝f（U），因此根据录入的数据可仿真得到此函数关系，所以当再给定一电压时，可通过两种方法来求出对应的力F。
　　（1）用实际测量的数据拟合：即认为F与U的函数关系是一个多项式函数，因此可先用数据将此多项式函数f拟合出来，然后就可以根据电压U，通过函数f，用F＝f（U）将力F算出来，当多项式的次数很高时，算出来的F也很xx，本系统对多项式的次数取到了10，误差不超过0．001％。
　　（2）用实际测量的数据线性插值：即利用线性插值的方法来估计力F，此方法认为在相邻的两个样本值之间的函数关系是线性的，当样本值很多或传感器本身特性曲线近似是线性关系，这种方法xx度很高。
　　本系统软件提供了这两种方法供用户选择，使用者可以根据自己的需要来选择这两种方法的任意一种。由于这两种方法都用到了matrixvb提供的函数，所以在用本软件之间先安装matrixvb。
3　系统方案及实验输出
3．1　系统方案

    计算机输出传感器特性曲线或测量结果。
    程序流程图如图2：

2．2　系统实验报告（以力传感器为例）：
     （1）力传感器实验数据：
    0，1，2，3，4，5，6，7，8，9
    0，1．5200，2．1170，3．3240，3．9190，4．5160，5．1220，5．7260，6．3310，6．9320
　　（2）静态特性仿真输出：见图3

　　此窗体上的曲线是根据所选择的传感器的数据拟合的曲线，输入电压可以选择人工输入或串行口实际读取电压，软件给出对应的压力值。
4　结论
　　该实验装置可进行传感器静态特性测试、传感器特性仿真实验，研究改善传感器特性的软件处理方法及安装环境对传感器特性的影响等，加深对传感器智能化技术的了解。在该系统基础上，可加装辅助温度传感器进行温度补偿，加装越限自动报警功能等。

参考文献

1　常健生．检测与转换技术．：机械工业出版社，1990
2　张志涌，刘瑞桢，杨祖樱．掌握和精通MATLAB．北京：北京航空航天大学出版社，1997