热电式微风仪非线性信号处理方法研究及其电路实现

　　1引言

　　目前，微风桨速测量中常用的仪表主要有两类:叶轮式风速仪和热电式风速仪.。叶轮式微风仪是依靠气流推动桨叶旋转，通过光电脉冲或电磁脉冲计数得到风速，属于机械式传感器，其缺点是启动风速不容易做得很小;热电式风速仪则因其探头体积小(不干扰流场)，低风速测量段灵敏度高且感应迅速，尤其适用于在低速气流流场中测量，但由于此类风速传感器受本身特性的局限，被测风速与敏感元器件的输出量之间呈非线性关系，因而早期的产品几乎都是采用指针式仪表的形式。近几年来，随着单片机技术的普及，相继开发出一批新型热电式数显风速仪。这些数字微风仪尽管都具有轻便、灵巧、读数直观的优点，但性能仍不够理想。主要表现在以下几个方面:

　　a.价格比较昂贵，通常是指针式微风仪的2一3倍;

　　b.关键性技术指标并不优于指针风速仪;

　　c.可维护性差，传感探头不可互换。

　　通过进一步分析可以发现，上述因素的产生均与其非线性信号处理方法有着密不可分的联系。

　　2数字微风仪非线性信号处理方法的讨论

　　理论和实验可以证明:热电式风速传感器在其测量区间，输出的电特性与输人感应量并非呈线性地变化。为了使得仪器能正确客观地测量并显示被测风速，就必须对信号作线性化处理，最常见的方法有如下两种。

　　2.1线性插值法

　　先通过风洞实验得到一组传感器的测量数据(E，，v;)，并由此作出其输人输出特性曲线。假设曲线图形E二f(v)是非线性的，且无法找到一个标准函数式能客观地表示。为了使问题简单化，可以把曲线按一定的要求分成若干段(见图1)。然后将相邻两段的曲线用直线替代，利用线性方法来解决曲线问题。并得出一组求解输出值E的公式:

　　其中:K‘为第诬段直线的斜率，即

　　只要用软件的形式将方程写进内存，在不同测量区间代人相应的K‘值，就能得到非线性曲线的近似解。

　　2.2查表法

　　线性插值法是一种常用的数值运算方法，而作为非数值运算方法的查表法则更为流行。所谓查表.就是事先通过测试，将测量出的若干数据结果，以二维表的形式存人内存单元。然后利用计算机查表程序，由被测量的大小查出校正后的结果。

　　查表程序通常有顺序法和搜索法。当表格的排列是任意的，且无一定规律时可采用顺序查表法。顺序法是按照表格的顺序(不一定是按测量值的大小)，从头开始逐个进行比较，直到找到“关键字”为止。当表格的排列有一定的规律，例如它满足从小到大(或从大到小)时，则可采用搜索查表法，以提高查表效率。