测量数据预处理技术.ppt

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传感器把生产过程的信号转换成电信号，然后用A／D转换器把模拟信号变成数字信号，读入计算机中，完成数据的采集。对于这样得到的数据，一般要进行一些预处理，其中最基本的处理有线性化处理、标度变换和系统误差的自动校准。
系统误差的自动校准
线性化处理和非线性补偿
标度变换方法
越限报警处理
系统误差的自动校准
系统误差：是指在相同条件下，经过多次测量，误差的数值(包括大小符号)保持恒定，或按某种已知的规律变化的误差。
01
特点：在一定的测量条件下，其变化规律是可以掌握的，产生误差的原因一般也是知道的。因此，原则上讲，系统误差是可以通过适当的技术途径来确定并加以校正的。
02
方法：偏移校准在实际中应用最多，并且常采用程序来实现，称为数字调零。(模拟电路中常用)
03
除了数字调零外，还可以采用偏移和增益误差的自动校准。自动校准的基本思想是在系统开机后或每隔一定时间自动测量基准参数，如数字电压表中的基准参数为基准电压和零电压，然后计算误差模型，获得并存贮误差补偿因子。在正式测量时，根据测量结果和误差补偿因子，计算校准方程，从而消除误差。
01
调零电路的实现：在测量时，先把多路输入接到所需测量的一组输入电压上进行测量，测出这时的输入值为x1，然后把多路开关的输入接地，测出零输入时A／D转换器的输出为x0，用x1减去x0即为实际输入电压x= x1－ x0 。
02

采用这种方法测得的V与放大器的漂移和增益变化无关，与VR的精度也无关（？）。这样可大大提高测量精度，降低对电路器件的要求。
全自动校准由系统自动完成，不需人的介入。该电路的输入部分加有一个多路开关。系统在刚上电时或每隔一定时间时，自动进行一次校准。这时，先把开关接地，测出这时的输入值x0，然后把开关接VR，测出输入值x1，并存放x1、x0，在正式测量时，如测出的输入值为x，则这时的V可用下式计算得出：（公式推导见讲稿2P30）

全自动校准只适于基准参数是电信号的场合，并且它不能校正由传感器引入的误差。为了克服这种缺点，可采用人工自动校准。
人工自动校准的原理与全自动校准差不多，是由人工在需要时接入标准的参数进行校准测量，把测得的数据存贮起来，供后使用。一般人工自动校准只测一个标准输入信号yR，零信号的补偿由数字调零来完成。设数字调零后测出的数据分别为xR(接校准输入yR时)和x(接被测输入y时)，则可按下式来计算y。
如果在校准时，计算并存放yR／xR的值，则测量校准时，只需进行一次乘法即可。
人工自动校准特别适于传感器特性随时间会发生变化的场合。如常用的湿敏电容等湿度传感器。
有时校准输入信号yR不容易得到，这时可采用现时的输入信号yi。校准时，计算机测出这时的对应输入xi，而人采用其它的高精度仪器测出这时的yi，并输入计算机中，然后计算机计算并存放yi／xi的值，代替前面的yR／xR来作校准系数。
线性化处理和非线性补偿

-200－0度：Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100℃)t3]
0－850度：Rt=R0[1+At+Bt2]
其中：A=×10-3 ℃-1
B=-×10-7 ℃-1
C=-×10-12 ℃-1
R0=100Ω(0 ℃时的电阻值)

0~400℃: T=a4E4+a3E3+a2E2+a1E
400~1000℃: T=b4E4+b3E3+b2E2+b1E+b0
对非线性曲线处理，一般有两种方法：
（1）分段线性化：利用多段折线代替曲线，然后利用线性化公式计算求取结果。
（2）分度表法：离线计算出输入值与输出值的对应关系，然后利用查表法求取。
分段线性化法是将函数根据其变化情况分成几段，然后将每一段区间分别用直线去逼近。分段插值的分段点的选取可按实际曲线的情况灵活决定，既可以采用等距分段法，又可采用非等距分段法。
如热敏电阻温度t与阻值R的插值多项式，其计算量较大，程序也较复杂。为使计算简单，提高实时性，可采用分段线性插值公式或称分段线性化的方法，即用多段折线代替曲线进行计算。
图中曲线为热敏电阻的负温度-电阻特性，折线L0、L1、L2代替或逼近曲线。当获取某个采样值R后，先判断R的大小处于哪一折线段内，然后就可按相应段的线性化公式计算出标度变换值。其计算公式是：
k0(R - R0) + t3 R0≤R≤R1
t = －k1(R - R1) + t2 R1≤R≤R2
k2(R – R2) + t1 R2≤R≤R3
式中k0、k1、k2分别为线段L0、L1、L2的斜率。
分段数越多，线性化精度越高，软件开销也相应增加。分段数应视具体情况和要求而定。