本發(fā)明涉及一種傳感器技術(shù)，具體是一種熱電偶的傳感器補(bǔ)償器。

背景技術(shù)：

在各種儀表中,經(jīng)常用熱電偶作為溫度傳感器。熱電偶可以將溫度轉(zhuǎn)化為可直接測(cè)量的電信號(hào)，它的特點(diǎn)是測(cè)量溫度范圍廣，測(cè)量可靠性高，自身能產(chǎn)生電壓,不需要外加驅(qū)動(dòng)電源，使用方便。但熱電偶的熱電勢(shì)與溫度關(guān)系為非線性的，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)進(jìn)行非線性補(bǔ)償。以往主要采用最小二乘法等方法進(jìn)行處理,但這種方法比較繁瑣,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)求解方程時(shí)遇到病態(tài)矩陣情況,而且當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)傳感器的特性發(fā)生變化需重新標(biāo)定的缺點(diǎn)。為此，本文提出應(yīng)用正交基多項(xiàng)式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立非線性補(bǔ)償模型并用與之對(duì)應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊sn9701實(shí)現(xiàn)的熱電偶傳感器非線性補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種熱電偶的傳感器補(bǔ)償器，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種熱電偶的傳感器補(bǔ)償器，包含熱電偶傳感器和非線性補(bǔ)償器，所述熱電偶傳感器和非線性補(bǔ)償器串聯(lián)連接。

一種熱電偶的傳感器補(bǔ)償方法，包含以下步驟：1、用熱電偶傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果溫度為t，讀取此時(shí)該熱電偶的電阻值為d，則d＝f(t)；2、在熱電偶傳感器后串聯(lián)一個(gè)非線性補(bǔ)償器，使y＝g(d)＝kt。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：y＝g(d)的展開(kāi)式為g(d)＝w0+w1t1+w2t2+…+wnt3+…，其中t1、t2、t3為切比雪夫正交基多項(xiàng)式，由以下公式求得：tn(d)＝2dtn-1(d)-tn-2(d)(其中,t0＝1,t1＝d,n＝2,3,4…)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明熱電偶的傳感器補(bǔ)償器使傳感器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊組成的系統(tǒng)線性化，傳感器的非線性特性得到補(bǔ)償，補(bǔ)償后的系統(tǒng)可按線性特性處理，不僅提高了計(jì)算準(zhǔn)確度,而且整個(gè)計(jì)算由硬件電路實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性好,拓展了熱電偶傳感器的應(yīng)用范圍。

附圖說(shuō)明

圖1為熱電偶的傳感器補(bǔ)償器的整體方框圖。

圖2為切比雪夫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖。

圖3為補(bǔ)償后傳感器輸入與輸出關(guān)系曲線。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-3，一種熱電偶的傳感器補(bǔ)償器，包含熱電偶傳感器和非線性補(bǔ)償器，所述熱電偶傳感器和非線性補(bǔ)償器串聯(lián)連接。

一種熱電偶的傳感器補(bǔ)償方法，包含以下步驟：1、用熱電偶傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果溫度為t，讀取此時(shí)該熱電偶的電阻值為d，則d＝f(t)；2、在熱電偶傳感器后串聯(lián)一個(gè)非線性補(bǔ)償器，使y＝g(d)＝kt。

y＝g(d)的展開(kāi)式為g(d)＝w0+w1t1+w2t2+…+wnt3+…，其中t1、t2、t3為切比雪夫正交基多項(xiàng)式，由以下公式求得：tn(d)＝2dtn-1(d)-tn-2(d)(其中,t0＝1,t1＝d,n＝2,3,4…)。

本發(fā)明的工作原理是：熱電偶傳感器非線性補(bǔ)償原理主要基于圖1所示的基本環(huán)節(jié)。設(shè)傳感器的輸入為t,輸出為d,d＝f(t)為非線性關(guān)系。若在傳感器后串聯(lián)一個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié),使y＝g(d)＝kt,那么就實(shí)現(xiàn)了傳感器的非線性補(bǔ)償,當(dāng)k＝1時(shí),y＝t＝g(d)稱為傳感器的逆模型。

眾所周知，一個(gè)三層bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論上可以逼近任意非線性函數(shù)，精度也高,其學(xué)習(xí)過(guò)程是通過(guò)不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)連接系數(shù)。但是，bp網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不能給出模型的解析表達(dá)式。為此,我們把非線性函數(shù)y＝g(d)展開(kāi)成∶

g(d)＝w0+w1t1+w2t2+…+wnt3+…(1)

式(1)中t1、t2、、t3為切比雪夫正交基多項(xiàng)式，它可按下列遞推公式求得∶

tn(d)＝2dtn-1(d)-tn-2(d)(其中,t0＝1,t1＝d,n＝2,3,4…)。

若已知若干組di,ti(i＝1,2,…m)值,即可用切比雪夫正交基多項(xiàng)式多項(xiàng)式的前n項(xiàng)近似表示傳感器的非線性補(bǔ)償模型,記為現(xiàn)在問(wèn)題的關(guān)鍵是如何求得系數(shù)w0、w1┅wn。因?yàn)?切比雪夫正交基多項(xiàng)式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用來(lái)逼近任意的非線性函數(shù),可以用單層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)“監(jiān)督”學(xué)習(xí)，而且學(xué)習(xí)速度快,通過(guò)對(duì)標(biāo)定樣本值的學(xué)習(xí),自動(dòng)地求出這些系數(shù),網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和學(xué)習(xí)規(guī)則簡(jiǎn)單,所以,我們用切比雪夫正交基多項(xiàng)式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立熱電偶傳感器的非線性補(bǔ)償模型,并用切比雪夫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)的建模：

圖2所示為切比雪夫正交基多項(xiàng)式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖,圖中wj(j＝0,1,2…n)為網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值,其輸入為t0i＝1,ui＝t1i,(其中:i為樣本序號(hào)),輸出為:

以上的權(quán)值wj可以利用下面算法進(jìn)行調(diào)整:

wj(k)＝wj(k+1)+η·ei(k)·tji(4)

其中，yi(k),e(k),wj(k)分別表示期望輸出、估計(jì)輸出、誤差和權(quán)值,η表示穩(wěn)定性和收斂性的學(xué)習(xí)系數(shù)。

按照(2)、(3)、(4)式的順序,用樣本值不斷輪流調(diào)整網(wǎng)絡(luò)連接權(quán),直到在某一輪學(xué)習(xí)中,學(xué)習(xí)目標(biāo)指標(biāo)函數(shù):

達(dá)到一個(gè)足夠小的值,得到連接權(quán)值w0…wn。(5)式中,m為樣本長(zhǎng)度。

圖2切比雪夫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖：

以s型熱電偶(鉑銠10％/鉑)為例，設(shè)被測(cè)量值ti分別對(duì)應(yīng)熱電勢(shì)ei(t),在800℃～1400℃范圍內(nèi)其分度表如表1所示。為了使熱電偶溫度變送器的輸出v0與溫度t成線性關(guān)系,即v01＝ht,(t:℃,v0:v)把線性范圍確定在800℃～1400℃之內(nèi),假定此溫度變送器的輸出為0～5v,可得線性分度值理論值v01＝(5/1400)×t的對(duì)應(yīng)值如表1所示。

利用上面介紹的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,取n＝2,利用式(2)、式(3)和式(4)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值wj(j＝0,1,2,3,)進(jìn)行訓(xùn)練,權(quán)值的初值可選(-1,1)間的隨機(jī)數(shù)。因?yàn)榍斜妊┓蛏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有xⁿ形成環(huán)節(jié)、切比雪夫多項(xiàng)式tn形成環(huán)節(jié),所以可將表1中傳感器的13個(gè)輸出熱電勢(shì)值放大50倍后作為網(wǎng)絡(luò)的輸入值,線性分度值值v01作為網(wǎng)絡(luò)的輸出值(考慮到用切比雪夫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)。將樣本值依次順序地輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),用學(xué)習(xí)迭代方法對(duì)權(quán)值進(jìn)行修正,經(jīng)多次學(xué)習(xí)過(guò)程,直至(5)式達(dá)到足夠小的值,此時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程結(jié)束,對(duì)應(yīng)的權(quán)值即非線性函數(shù)的相應(yīng)系數(shù)(n＝2)。編寫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練程序,運(yùn)行該程序,得到最終結(jié)果為：

w0＝-0.1553w1＝7.1915w2＝-0.5123

則該熱電偶傳感器的非線性補(bǔ)償模型解析式為：

式(6)中,t0＝1,t1＝v1,t2＝2v1²-v1,t3＝4v1³-3v1。