压磁式测力计的线性补偿

　　压磁式测力传感器是利用铁磁材料的压磁效应来测量受力大小的。因其具有抗冲击、过载能力强、耐高温和潮湿、输出信号大、输出阻抗低等特点,故而在较为恶劣的环境中得到了广泛的应用。

　　但由于这种传感器的输出与受力值并非完全成线性关系,为了提高测量精度,通常是采取相敏整流方法或硬件线性处理电路来提高精度的。这些方法在调试和标定过程中非常费时费力,要经过多次反复调整才能达到较好的结果。为了提高测力计的线性度、简化调试标定过程,我们采用了微型计算机来对传感器的输出进行线性补偿。

　　1　设计思想

　　硬件框图如图1所示。

　　为了满足系统的要求,使用了MCS51系列最小系统,它体积小、成本低。A/D、D/A均采用12位高精度转换器。为了简化标定过程,使用了EEP-ROM数据存贮器,它能在标定过程中将传感器原始数据和标定数据在线烧结在存贮器内。为了提高测量系统的响应时间,软件上在标定时采用插值法,在测量时采用查表法。

　　传感器信号经过放大处理后,输入到高精度A/D转换器中,把模拟信号转换成数字信号,微处理器读入此数据后,进行线性化处理,之后送入D/A转换器,使输出成为与受力值呈线性关系的模拟

　　2　软件编程

　　主程序流程图如图2所示

在标定时,微机自动根据AD输入的数据以及键盘输入的数据把标定曲线写入到EEPROM内存中,则测量时,直接从内存中查找相应的数据,就可减少计算的时间,提高微机的处理速度。查出线性值之后,则把线性数据送入D/A转换器输出,且在显示器上显示出来。

　　3　计算方法

　　由于传感器存在一个初始零点,因而在未加励磁时,仪表本身的放大输出信号是一个负值,因此要求AD转换器为可正负输入的转换器。若以AD转换器的转换数据为地址,查寻数据存贮器中的数据,则可迅速得到所需的线性数据。且64k的EEPROM就可存贮下这些数据。

　　若标定时,前一点的AD读数为D₁,力值为W₁;标定点的AD读数为D₂,力值为W₂;则W₂以此两点做折线AB来代替曲线,其折线的斜率m为:

　　则D₂与D₁之间的第n个单元(D_n)的力值W_n为:

 　　程序中即按(2)式对EEPROM进行计算的。