基于微处理器的磁敏角位移位传感器温度补偿系统的设计研究

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在现代高精密仪器仪表中,传感器的温度误差已经成为提高传感器性能的严重障碍之一,温度补偿技术已经成为传感器技术中的重要部分。磁敏传感器是传感器大家族中的一个重要分枝,通过对磁场的无接触特性,对非电量的测量是磁传感器的一个重要方面。本文在对磁敏角位移传感器的温度特性研究的基础上,设计了一个基于微处理器的磁敏角位移传感器温度智能补偿系统,测试表明系统具有良好的补偿效果。本文首先介绍了以GMR元件为敏感元件的磁敏角位移传感器的工作原理,其中包括GMR芯片的结构,传感器的结构,工作原理,传感器的信号处理电路:接着深入研究了传感器温度特性,包括芯片的温度特性,电桥原始中点输出电压温度特性,灵敏度温度特性,最后得到了传感器的整体温度特性,并进一步建立了传感器温度漂移数学模型。这一阶段得到几个重要的结论:(1)在磁场环境下,传感器的零点输出呈非线性,元件之间有较大的离散性;(2)传感器的灵敏度温漂严重,灵敏度的的温度漂移呈线性,随着温度的升高而降低。(3)可以对单个传感器建立较精确的数学模型,对于多个传感器只能建立近似的模型。针对传感器的温度特性,比较了硬件补偿,软件补偿两种方法的特点,确定了传感器的补偿方案。本文的重点是提出一种软件与硬件相结合的补偿方案,通过模糊控制以及神经网络的应用,用微处理器控制数字电位器,对传感器的零点和灵敏度进行温度补偿。实施补偿方案后进行了系统补偿的测试。结果表明:经过补偿,传感器的零点温度漂移量由未经补偿的138mV降低到14mV,零点标准偏差由未经补偿的21%降低为18‰,达到一个数量级;灵敏度温度漂移量由未经补偿的12.3mV减少到0.9mV,灵敏度标准偏差由未经补偿的20.3%降低为13.7‰,也达到一个数量级,补偿效果非常明显。并且整个补偿过程中并不需要太多的人工干预,系统训练学习完毕以后,传感器即可工作,完全实现了自动补偿。
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