擴(kuò)散硅多參數(shù)傳感器智能化設(shè)計(jì)及誤差補(bǔ)償方法研究.pdf

1、壓阻式硅壓傳感器和變送器因?yàn)槠淞己玫奶匦?，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，針對(duì)此類傳感器及變送器的研究工作一直受到國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)和科研院所的重視。由于半導(dǎo)體材料對(duì)溫度敏感，因此壓阻式硅壓傳感器存在比較明顯的溫度漂移，需要進(jìn)行補(bǔ)償以后才能使用。早期模擬型儀表主要依靠硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，但補(bǔ)償效果不佳。隨著智能儀表的出現(xiàn)，可以利用微處理器的數(shù)字信號(hào)處理能力，用軟件算法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。為此，需要進(jìn)行溫度等其他變量的測(cè)量。本課題所研究的擴(kuò)散硅多參數(shù)傳

2、感器，是在一塊硅片晶元上，利用微機(jī)械加工技術(shù)，集成了差壓、靜壓和溫度3個(gè)敏感元件，其中差壓傳感器進(jìn)行過(guò)程差壓的測(cè)量，靜壓和溫度傳感器用于對(duì)差壓傳感器的補(bǔ)償。 為了利用多參數(shù)傳感器組裝成為智能化變送器，配套電子部件的研發(fā)成為了重點(diǎn)。目前這一領(lǐng)域的研究在國(guó)內(nèi)還處起步階段，可以應(yīng)用于實(shí)際的變送器整機(jī)還沒(méi)有。本課題研究的重點(diǎn)，是對(duì)擴(kuò)散硅多參數(shù)傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路及適用于生產(chǎn)應(yīng)用的簡(jiǎn)單補(bǔ)償算式的研究。 多參數(shù)傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路，

3、是以微處理器為核心，配套高精度多通道A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器及電源模塊、HART調(diào)制解調(diào)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)差壓/靜壓/溫度三個(gè)傳感器輸出信號(hào)的采集、數(shù)字化、計(jì)算及輸出，并利用HART雙向數(shù)字通信技術(shù)，將測(cè)量數(shù)據(jù)送到PC機(jī)處理，處理結(jié)果回送給變送器。利用設(shè)計(jì)好的硬件電路完成了對(duì)多參數(shù)傳感器的數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)。 對(duì)于多參數(shù)傳感器的補(bǔ)償算式，主要是從實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的角度出發(fā)，力求算法的實(shí)現(xiàn)及系數(shù)的標(biāo)定過(guò)程最簡(jiǎn)單，同時(shí)能保證達(dá)到良好的補(bǔ)償效果，這

4、也是智能儀表設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本課題主要通過(guò)兩種方案實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償：經(jīng)典模型算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。經(jīng)典模型算法首先根據(jù)傳感器特性建立輸入輸出的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于多參數(shù)傳感器而言是一個(gè)三元方程組。在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上利用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出補(bǔ)償算式，保證算式的簡(jiǎn)單及系數(shù)計(jì)算的容易實(shí)現(xiàn)，并對(duì)補(bǔ)償算式進(jìn)行了分析和驗(yàn)證。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是基于徑向基函數(shù)RBF的三層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，無(wú)需建立復(fù)雜的傳感器模型，利用網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力和泛化能力，使網(wǎng)絡(luò)能對(duì)多參數(shù)傳感器的輸出信號(hào)