设计多温度传感器加权融合方案
对同一被测温度的冗余读数进行偏差校准与权重选择,说明融合条件,避免把不同温度位置直接视为同一被测量。 共13张知识卡。
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NTC热敏电阻利用半导体电阻随温度升高而显著减小的负温度特性,通过式8-43描述阻温关系,用于测温、温度补偿与温度控制。
传感器是信息链的源头,把外界非电被测量按确定对应关系转换成便于传输、处理、显示的可测信号(主要是电量),从而让系统能感知并反推被测量。
在限定范围内把传感器视为常系数线性系统,其输入输出关系由常系数线性微分方程描述,系数由装置本身决定,多数传感器可简化为零阶、一阶或二阶三种形式。
传感器的基本特性即其输入(被测量)与输出(电量)之间的变换关系,分为被测量稳定时的静态特性和随时间快速变化时的动态特性,掌握它才能由输出电信号准确反推输入被测量的大小。
传感器的静态特性描述稳态下输出与输入的对应关系,用线性度、灵敏度、分辨力、阈值、迟滞、重复性、漂移和精度等指标衡量其偏离理想线性、分辨微小输入和保持输出稳定的能力。
光电式传感器先把被测量转换为光量变化,再经光电器件把光量变化转换为电量变化,从而实现对非电量的测量。
光电效应是光照使物体电学特性改变的现象总类,按电子是否逸出表面分为外光电效应和内光电效应,前者用于光电管和光电倍增管,后者包括光电导效应(光敏电阻)和光生伏特效应(光电池、光敏二极管、光敏晶体管)。
光纤传感器利用光纤传输或敏感作用,把被测量调制为光波参数变化,经光电探测与解调后得到电信号,从而测量多种非电量。
光纤布拉格光栅利用纤芯周期性折射率结构对特定波长窄带反射,通过检测布拉格波长 λB=2neffΛ 的漂移来测量应变、温度等被测量,并可在一根光纤上复用多个光栅实现分布式测量。
压电式传感器利用正压电效应把压力、应力、加速度等机械量转换为电荷,其单位力电荷灵敏度 kq 与单位力电压灵敏度 ku 满足 ku=kq/Ca,因电荷会经电阻泄漏,只能测动态量而不能测静态量,且高频响应好。
压电式加速度传感器利用质量块的惯性力使压电片产生正比于加速度的交变电荷,在振动频率远低于固有频率时输出电荷正比于加速度,适用于动态加速度测量。
压电式压力传感器用弹性膜或弹性盒把均布压力收集并转换成集中力,再由压电晶片的 d11 效应把力转换成与之成正比的电荷,经放大器归一化后即可直接读出压力值。
增量式光电编码器把角位移或直线位移转换成周期电信号,再经计数脉冲的个数来给出位移大小。
多传感器数据融合是把多个传感器对同一被测量的观测按一定准则分析综合,以获得比单个传感器更准确、更可靠的一致性描述,例如用陀螺仪与加速度计互补改善姿态测量。
互补滤波用加速度计倾角的低通分量与陀螺仪角速度积分后的高通分量相加,重构出全频段角位移估计。
差动式传感器用两路输入相反(x 与 −x)的对称支路,将输出相减,使偶次非线性项相消、奇次项加倍,从而改善线性度。
应力是物体受外力等外因变形时内部产生的相互作用内力,用单位面积上的内力来度量,并可通过 σ=F/A 与 σ=Eε 把载荷、截面尺寸、弹性模量和应变联系起来。
应变灵敏度系数 K 把电阻的相对变化与应变联系起来,即 K=(ΔR/R)/ε,金属应变片近似为 1+2μ,半导体应变片近似为 πE。
应变片温度误差是环境温度变化引起的附加电阻变化,由敏感栅电阻温度系数项和敏感栅与试件热膨胀失配项合成,再除以灵敏系数折算为等效虚假应变。
应变电阻式传感器通过弹性元件将力等被测量转换为应变,再由粘贴其上的电阻应变片转换为微小电阻变化,经温度补偿和电桥电路转换为电压输出,实现对外力的测量。
开关型霍尔器件将霍尔元件与放大、施密特整形和晶体管输出级集成封装,把磁场强弱转换为带动作/释放回差的数字开关信号,用于计数、接近和键盘等检测。
数据采集系统将多路传感器模拟信号经前置放大、多路切换、采样/保持和A/D转换后变为数字量,由计算机控制采样并通过总线输出,用于处理、存储和显示。
模数转换器把经前端调理的模拟测量信号变成数字量,使处理器能够计算、显示或传输测量结果。
正压电效应是某些电介质沿特定方向受机械力产生形变时,内部正负电荷重心分离,使相对表面出现等量异号电荷,从而实现力-电转换的物理效应。
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