智能溫度傳感器的分析

肖闊

摘要：支撐現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的三大基礎(chǔ)因素，包括信息傳輸、信息處理、及信息采集，其中的信息采集即傳感器技術(shù)的應(yīng)用范圍。智能傳感器在社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展中具有重要應(yīng)用價(jià)值，在軍事、航空航天、科研、工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療與交通等相關(guān)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。智能溫度傳感器在自標(biāo)定、自補(bǔ)償、自診斷等智能發(fā)展方向，也取得了巨大進(jìn)步，但在監(jiān)測(cè)智能化方向的應(yīng)用還有所欠缺，需要相關(guān)人員深入研究與開發(fā)。基于此，本文就智能溫度傳感器展開簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：智能；溫度傳感器；分析

前言：隨著人們對(duì)傳感器的智能化要求越來越高，高精度、高智能的溫度傳感器成為主要發(fā)展方向。目前國(guó)際上的新型溫度傳感器的發(fā)展，開始由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、由模擬式向數(shù)字式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。智能溫度傳感器借助數(shù)字通信技術(shù)，能夠有效完善傳統(tǒng)傳感器一致性差、抗干擾能力差、溫度漂移較大等問題。

一、智能溫度傳感器的非線性自校正

非線性是表征傳感器輸入端或輸出端的校準(zhǔn)曲線與相應(yīng)擬合直線兩者之間的吻合程度或偏離程度指標(biāo)，智能溫度傳感器能夠通過軟件進(jìn)行處理，矯正輸入端或輸出端的飛行箱系統(tǒng)誤差，達(dá)到提升測(cè)量精確度的目的。多數(shù)電子器件中使用半導(dǎo)體制造工藝，希望使信號(hào)的輸出端與輸入端的信號(hào)曲線趨近于線性關(guān)系，但實(shí)際情況卻多不理想非線性關(guān)系[1]。而在智能溫度傳感器系統(tǒng)當(dāng)中，其前端傳感器的輸入端或輸出端的非線性曲線多么復(fù)雜，系統(tǒng)都能夠通過反非線性特性進(jìn)行刻度的特性轉(zhuǎn)換，使得轉(zhuǎn)換后的輸入與輸出關(guān)系，呈現(xiàn)出理想的線性關(guān)系。然而，實(shí)現(xiàn)智能溫度傳感器的非線性自校正，可以通過多種方式來實(shí)現(xiàn)，其中效果最為顯著的辦法有：查表法、曲線擬合法、函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。

1.查表法查表法屬于線性插值法，其主要運(yùn)用原理，是用若干折線逼近非線性特性曲線，折線的數(shù)量越多，輸出值就會(huì)更接近真實(shí)值，但相應(yīng)程序的代碼編寫也更具復(fù)雜性。線性插值法的運(yùn)用，只在非線性特性曲線上取兩個(gè)折點(diǎn)的相關(guān)信息，精確度很低，因此，可以通過二次插值法對(duì)精確度進(jìn)行有效改進(jìn)。在選定的領(lǐng)域內(nèi)，將傳感器信號(hào)進(jìn)行擬合，形成拋物線形式，運(yùn)用二次插值法使得插值點(diǎn)值與其前后三個(gè)數(shù)值具有相關(guān)關(guān)系。當(dāng)拋物線與線性插值相比，更加接近于實(shí)際曲線時(shí)，就在一定程度上提高了精確度，與線性插值法相比，誤差更小，并能有效減小智能溫度傳感器系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間。

2.曲線擬合法智能溫度傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用曲線擬合法對(duì)傳感器的非線性曲線進(jìn)行擬合，其方程式系數(shù)采用最小二乘法進(jìn)行取值。曲線擬合法的運(yùn)用，首先通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定好傳感器及相應(yīng)調(diào)理電路，從而得到校準(zhǔn)曲線；然后依據(jù)反非線性特性，建設(shè)曲線的擬合方程；最后采用最小二乘法，得出待定系數(shù)，從而有效控制誤差值最小[2]。

3.函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自身具有自適應(yīng)、自組織和自學(xué)習(xí)能力，同時(shí)能夠?qū)Υ蠓秶M(jìn)行并行處理，因此被廣泛應(yīng)用與眾多領(lǐng)域。在智能溫度傳感器這一領(lǐng)域中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用關(guān)鍵，是輸入端或輸出端的非線性映射形式的建立。當(dāng)智能溫度傳感器系統(tǒng)的非線性映射能力越強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)性能就會(huì)越好。利用函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，應(yīng)用到智能溫度傳感器當(dāng)中，權(quán)值會(huì)受到一種學(xué)習(xí)因子η的影響，η的取值越大，智能溫度傳感器的收斂速度就會(huì)越快，但其相應(yīng)穩(wěn)定向也會(huì)降低；當(dāng)取值偏小時(shí)，穩(wěn)定性能能夠得到一定保障，但其收斂速度卻會(huì)隨之降低，因此在具體應(yīng)用當(dāng)中，應(yīng)該主要依據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況加以具體分析。

二、智能溫度傳感器的在線標(biāo)校的實(shí)施軟測(cè)量技術(shù)

軟測(cè)量利用對(duì)智能溫度傳感系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，能夠有效解決系統(tǒng)中，由自身或外部因素為測(cè)量帶來的干擾，從而減少在進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)的隨機(jī)誤差及顯著誤差。軟測(cè)量技術(shù)的合理利用，還能夠?qū)⑤斎氲臄?shù)據(jù)依據(jù)進(jìn)行編程，做數(shù)據(jù)變化或誤差校正處理，在初始階段就將干擾信號(hào)真是信號(hào)相分離。在智能溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用中，由于時(shí)間、工作環(huán)境與現(xiàn)場(chǎng)狀況、操作情況等因素具有實(shí)時(shí)性，因此對(duì)軟測(cè)量模型進(jìn)行實(shí)時(shí)在線標(biāo)校，能夠有效滿足這一要求。這種軟測(cè)量溫度傳感器模型的設(shè)計(jì)，需要保障對(duì)傳感器系統(tǒng)中曾德數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線運(yùn)算，同時(shí)給出較為精確的估值，因此，軟測(cè)量傳感器模型必須具備工程設(shè)計(jì)所需的有效性、可靠性及簡(jiǎn)潔性。軟測(cè)量溫度傳感器模型的主要設(shè)計(jì)步驟如下：

1.在進(jìn)行軟測(cè)量溫度傳感器模型的設(shè)計(jì)之初，需要解決的問題之一就是確立輔助變量，輔助變量的選擇，需要滿足特異性、精確性、靈敏性、魯棒性、過程適應(yīng)性等諸多要求。然后，依據(jù)變量數(shù)目、類型和檢測(cè)點(diǎn)位置三個(gè)條件來具體確定輔助變量的個(gè)數(shù)，個(gè)數(shù)的確定要盡可能的少。對(duì)輔助變量的選擇應(yīng)該慎重，以保證其在過程特性描述中的決定性作用。

2.對(duì)智能溫度傳感器系統(tǒng)中的變量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，首先應(yīng)確定其取值范圍，然后選取合適的樣本，為滿足后期的計(jì)算精確性，樣本的選取也許保證最大程度的精確性與可靠性。在對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，會(huì)涉及到數(shù)據(jù)類型變換與數(shù)據(jù)誤差處理兩個(gè)部分，包括標(biāo)度變換與轉(zhuǎn)換、權(quán)函數(shù)三方面。數(shù)據(jù)誤差處理的主要對(duì)象是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，其中系統(tǒng)誤差多由于外界因素影響基準(zhǔn)漂移或系統(tǒng)校正不準(zhǔn)確而造成的；隨機(jī)誤差的產(chǎn)生則是收到外界的隨機(jī)干擾，這種誤差的處理，需要通過軟硬件濾波進(jìn)行校正。

3.傳感器模型的建立，需要保證其數(shù)據(jù)模型的良好性能，以保證整個(gè)軟測(cè)量智能溫度傳感器的實(shí)時(shí)在線標(biāo)校效果。智能溫度傳感器系統(tǒng)中應(yīng)用的軟測(cè)量技術(shù)，既包括非線性自校正，也具有在線標(biāo)校技術(shù)。軟測(cè)量傳感器模型的矯正，包括對(duì)非線性模型的模擬溫度信號(hào)的傳輸誤差、運(yùn)算放大器的誤差、A/D轉(zhuǎn)換器和溫度漂移的非線性模型矯正；也包括對(duì)補(bǔ)償主變量值改變、矯正、對(duì)系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)矯正等在線標(biāo)校模型的矯正。

結(jié)束語：綜上所述，本文通過對(duì)智能溫度傳感器中非線性自校正及在線標(biāo)校的一些方法的簡(jiǎn)要分析，對(duì)于溫度傳感器的整體設(shè)計(jì)實(shí)踐具有決定性作用。智能溫度傳感器的發(fā)展不會(huì)止步于此，更多先進(jìn)的傳感器技術(shù)，需要我們不停的探索與發(fā)掘，將智能溫度傳感器技術(shù)進(jìn)行不斷的完善與創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫愷.基于CAN總線的智能溫度傳感器設(shè)計(jì)[D].哈爾濱理工大學(xué)，2013.

[2]李春旺，吳義民，田沛哲，陳福祥.基于BACnet/ZigBee的無線智能溫度傳感器[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，02：104-107.endprint