[发明专利]一种传感器零点漂移自动在线跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属于弱电信号检测与测量技术领域，可用于惠斯通电桥类电路中的零点漂移跟踪和补偿。

背景技术

传感器在检测与测量技术领域内的应用越来越广泛，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。但是，传感器的零点漂移问题却一直是困扰人们的大问题，主要原因是零点漂移受温度和外界环境影响较大，且其是一个非线性、随机变化的过程，无法给出一个可描述漂移过程的函数表达，进而无法对其精确补偿。

人们为了能够减弱零点漂移的影响，提出了各种方法。按照实现的条件可以分为用硬件电路补偿和软件补偿方法。

硬件补偿方法有：在桥臂上串、并联恰当恒定电阻法；桥臂热敏电阻补偿法；桥外串、并联热敏电阻补偿法；双电桥补偿技术等。但用硬件电路进行校正大都存在电路复杂、调试困难、精度低、通用性差、成本高等缺点，不利于工程实际应用。更重要的是，在传感器使用过程中，若出现大的环境变化，此类方法则不能实现再次补偿。

软件补偿方法是将微处理器与传感器结合起来，充分利用可编程的功能、使用某种算法，并结合一定硬件电路对传感器温度的附加误差进行修正。软件补偿的效果要比硬件补偿好，达到的精度更高，而且成本较低。目前，软件补偿的算法有曲线拟合法、表格法、反函数法、统计方法、神经网络方法等等。

在这些方法中，曲线拟合法、表格法、反函数法，需要保存大量数据、计算量较大。

在2004年发表的《软件去除零点漂移方的讨论》一文中，给出了这种使用统计规律去除零漂的方法，其基本思想是在采集开始之前和结束之后，分别进行数据采集，然后使用统计的方法，找出这两个数据集的均值和方差，然后再计算零点。

神经网络方法需要大量样本，针对特定传感器，进行训练，使之形成一个零点漂移映射网络。这类方法对网络的训练是其关键，不适合于大批量生产的传感器零点漂移跟踪。

另外，还有一类自动调零技术用于解决零点漂移问题，基本原理是设计一个调零电路，安装在传感器放大电路前端。在每次测量前，对由传感器放大器和各种其它因素引起的零漂信号采样并保存下来，在正式测量时从放大输出信号中减去零漂信号而获得真实信号，从而消除零漂的影响。

自动调零电路一般可分为数字式和模拟式两种类型。数字式自动调零电路的原理是：在检测前先测出零漂信号，经A/D转换后送到零漂存贮器保存下来，正式测量时把得到的信号(其中包含零漂信号)减去零点寄存器中的零漂数。从而消除零漂影响，得到正确的测量结果。模拟信号调零电路则是将零漂信号贮存在电容器或采样保持器电路中，正式测量时减去其零漂信号消除零漂影响。这两类方法均仅能在需要的时候，测定零点漂移值，不能实现自动在线跟踪零点漂移。更重要的是，在零点漂移信号中含有大量噪声，仅将一次或若干次测量值作为可信的零点漂移，也是不精确的和不严谨的。

上述这些方法能够很好地处理某一类零点漂移问题，但不能很好地跟踪零点，不能实现自动在线跟踪。

本发明使用卡尔曼滤波方法为基本思想，实现自动在线跟踪功能。本发明仅需要较少的寄存器存储前一时刻采样数据和当前时刻采样数据、计算量少，避免了大数据存储器、大计算量问题，且能够很好地实现零点漂移自动在线跟踪功能。

发明内容

本发明的目的是为了解决传感器零点漂移的自动在线跟踪和实时补偿问题，提出一种传感器零点漂移自动在线跟踪方法。

本发明通过下述技术方案实现。

(1)微弱电压信号经放大电路处理，使信号强度增大至适于A/D转换电路处理；

(2)A/D转换电路将模拟电压信号转为适于使用的数字信号；

(3)设计了一种改进的卡尔曼滤波器对数字信号进行零点自动跟踪。具体跟踪公式如下

S_k＝P_k-1+R

K_k＝P_k-1/S_k

x_k＝x_k-1+K_k(z_k-x_k-1)

P_k＝(I-K_k)P_k-1