智能仪表非线性自动校正方法探讨

　　0 引言

　　智能仪表的模拟输入通道一般由传感器、前置放大电路、有源滤波器、采样保持电路(S/H)、A/D转换器和微机系统等电路组成[1]。由于电子元器件性能参数的离散性、稳定性和温度敏感性等问题，目前还得不到根本的解决。因此，从传感器到A/D 转换之间的任何一个环节都存在非线性的问题，使得A/D转换值n与被测量x不成线性关系，即n≠ax+b(a、b为常数)[2]。如果不解决这种非线性问题，将会严重影响智能仪表的测量精度。常用的非线性校正方法有校正函数法、查表法和模型校正法[s]。

　　① 校正函数法要求传感器的输入/输出特性能用数学解析式表示，且输入通道的其它环节可认为是线性的。事实上，很多传感器的输入/输出特性很难用解析式表示，并且如果解析式计算太复杂，还会严重影响测量速度。因此，校正函数法的应用受到较大的局限[4]。

　　② 查表法必须针对每一个传感器进行校正，而且需要把大量的校正数据制成表格存入仪表内存。而一般的智能仪表的内存非常有限;当因故更换传感器时，需要重新校正、修订内存中的表格数据，应用起来也非常不方便[5]。

　　③ 模型校正法的基本原理是设法找到一个近似函数g1(x)或多个分段近似函数g1(x)、g2(x)、g3(x)、g4(x)等来代替原函数f(x)。模型校正法的关键是如何求出既能满足精度要求，又能满足计算简单的校正模型。通常校正模型计算太复杂会影响测量速度，所以采用模型校正法进行非线性校正时，往往采用离线处理的方式[6]。

　　智能仪表的特点是：采用的微控制器通常不便于进行复杂的计算，内存也非常有限，而且很多情况下实时性要求高，不允许离线校正。因此，寻找到一种简便、有效、通用的非线性自动校正方法，具有非常重要的意义。

　　1 非线性自动校正算法

　　采用分段直线方程的非线性校正原理如图l所示。设仪表的被测量用X表示，仪表中对应的灯D转换值用N表示，则曲线OM表示仪表的非线性特性曲线。现将曲线分成若干段，如果分段点的位置和分段数选取合适，则每一段曲线可近似看成是一直线段。这样，曲线OM就可看成是由若干直线段组成。如图中虚线段AB、BC可分别近似表示曲线AB和曲线BC。　　

　　图1中：曲线OM分段后各段端点对应的被测信号分别为X0, X1,X2，…，Xi-1, Xi, Xi+1,…，Xm;仪表中对应的A/D转换值分别为N0, N1, N2，…，Ni, Ni+1, … ，Nm。其中，x0为被测量的最小值，Xm为被测量的最大值。显然线段AB的斜率为：