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這些年來我國(guó)衡器行業(yè)的數(shù)字式荷重傳感器的應(yīng)用發(fā)展較快，一些獨(dú)具遠(yuǎn)見的外資企業(yè)與國(guó)內(nèi)企業(yè)制造商均把目光瞄向了這一極具生命力的產(chǎn)品上來。不少企業(yè)把稱重系統(tǒng)中，原本放在稱重儀表內(nèi)的放大與A/D電路，前置于荷重傳感器罩殼內(nèi)或接線盒內(nèi)就稱其為智能化數(shù)字稱重傳感器。其實(shí)，筆者認(rèn)為充其量只能稱為前置轉(zhuǎn)換式的稱重傳感器，當(dāng)然也可以稱為“數(shù)字化荷重傳感器”。在本文的論述中，稱其為初始階段的“數(shù)字化荷重傳感器”，但是決不能稱其為“數(shù)字式智能化稱重傳感器”。關(guān)于數(shù)字式重量傳感器的特點(diǎn)描述，以及“數(shù)字化”與“數(shù)字式”的區(qū)別，已有論述，本文不再累述。本文僅想對(duì)數(shù)字式智能化傳感器功能演變過程，從初始階段的數(shù)字化前置轉(zhuǎn)換、到第二階段的智能化補(bǔ)償與校正、到第三階段的稱重系統(tǒng)的智能化應(yīng)用的演變，進(jìn)行了較為詳盡的論述。
本文就當(dāng)前衡器行業(yè)中普遍關(guān)心的數(shù)字式荷重傳感器的熱點(diǎn)話題，提出了“智能化”功能的概念、要求、演變過程和最新的發(fā)展趨勢(shì)
一、初始階段的數(shù)字化荷重傳感器
由于傳統(tǒng)的模擬式稱重傳感器的電阻應(yīng)變轉(zhuǎn)換原理決定了其固有的輸出模擬信號(hào)小、傳輸距離短、抗干擾能力差、安裝調(diào)試不方便等缺點(diǎn)。因此，早在二十世紀(jì)八十年代就引起了人們對(duì)模擬式荷重傳感器缺點(diǎn)的重視，在不改變電阻應(yīng)變式稱重傳感器稱重機(jī)理的基礎(chǔ)上，使上述缺點(diǎn)變?yōu)閮?yōu)點(diǎn)。為此國(guó)外一些荷重傳感器制造商推出了第一代“數(shù)字化稱重傳感器”，即把原本放在稱重儀表內(nèi)的放大與A/D電路，置于荷重傳感器罩殼內(nèi)或附近的接線盒內(nèi)。其基本配置為：
模擬式傳感器+ 數(shù)字變送器（放大與A/D電路）= 初始階段的數(shù)字化傳感器。
上述傳感器由于輸出的是數(shù)字信號(hào)，因此克服了模擬式荷重傳感器的信號(hào)小、傳輸距離短、抗干擾能力差等缺點(diǎn)。但是其各項(xiàng)傳感器的性能指標(biāo)，都是以本身的制造、補(bǔ)償、調(diào)整工藝所決定。也就是說，如果傳感器本身的制造、補(bǔ)償、調(diào)整工藝不過關(guān)，要靠數(shù)字變送來提高或補(bǔ)償整個(gè)傳感器的力學(xué)與溫度指標(biāo)（注意不是數(shù)字變送電路本身的溫度指標(biāo)）是不可能的。目前國(guó)內(nèi)眾多的外資企業(yè)制造商與國(guó)內(nèi)企業(yè)制造商，主推的產(chǎn)品都屬于此類型。此類傳感器沒有突破原功能。當(dāng)然，要做到第一代“數(shù)字化荷重傳感器”也不容易。因?yàn)椋紫纫ＷC，所設(shè)計(jì)和選用的數(shù)字變送電路及器件不能降低整個(gè)傳感器的力學(xué)與溫度指標(biāo)，也就是說必須使數(shù)字變送電路本身的溫漂和時(shí)漂不影響傳感器本身的制造、補(bǔ)償、調(diào)整工藝所決定的力學(xué)與溫度指標(biāo)。另外，一些制造商在局部的功能上有所提高。但總體上還是屬于第一代“數(shù)字化荷重傳感器”。此類傳感器比較有代表性的還可以分成以下三種形式：
第一種以國(guó)內(nèi)制造商早期產(chǎn)品為代表的稱之為第一代初級(jí)“數(shù)字化稱重傳感器”。僅僅把原本放在稱重儀表內(nèi)的放大與A/D電路，置于荷重傳感器罩殼內(nèi)或附近的接線盒內(nèi)。完全沒有突破原有的傳感器的力學(xué)與溫度指標(biāo)。此類傳感器的數(shù)字變送電路一般分辨率可做到60000內(nèi)碼，采樣速率可做到50次/秒，溫度漂移可做到200×10-6/10℃，而時(shí)漂指標(biāo)一般不確定。
第二種以德國(guó)HBM公司C16i數(shù)字傳感器為代表的可稱之為第一代高級(jí)“數(shù)字化荷重傳感器”。此類傳感器與第一種傳感器的最大區(qū)別是改善了傳感器的局部功能，數(shù)字變送電路的分辨率可做到100萬內(nèi)碼，采樣速率可做到100次/秒，溫度漂移可做到100×10-6/10℃。據(jù)說時(shí)間漂移也可做到100×10-6/年。但是最大的缺點(diǎn)是不能改變傳感器本身傳統(tǒng)的制造、補(bǔ)償、調(diào)整工藝所決定的力學(xué)與溫度指標(biāo)，僅增加了線性補(bǔ)償功能。也就是說如果傳感器本身的力學(xué)與溫度指標(biāo)不好，同樣不能提高傳感器綜合性能指標(biāo)。
第三種是分離型模塊化數(shù)字稱重傳感器，以美國(guó)SENSORTRONICS公司為代表，于九二年推出，用以取代早期推出的第一代初級(jí)整體型數(shù)字傳感器。模塊化數(shù)字傳感器是將原先在傳感器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換電路移至接線盒內(nèi)，通常將具有A/D轉(zhuǎn)換模塊的接線盒稱為數(shù)字接線盒，再將數(shù)字接線盒輸出的數(shù)字信號(hào)傳遞給顯示控制器?？傊?，本階段的數(shù)字化荷重傳感器主要特點(diǎn)是不改變傳感器本身傳統(tǒng)的制造、補(bǔ)償、調(diào)整工藝，僅將原先在稱重儀表內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換電路移至傳感器內(nèi)或接線盒內(nèi)，實(shí)現(xiàn)稱重?cái)?shù)字信號(hào)的傳送。
二、第二階段數(shù)字式智能化荷重傳感器
隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)O(shè)想傳感器本身的缺陷是否可以通過軟件技術(shù)來解決呢？也就是說由計(jì)算機(jī)軟件來完成傳感器的諸如零點(diǎn)補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、線性補(bǔ)償、滯后補(bǔ)償、蠕變與恢復(fù)補(bǔ)償?shù)葞缀跞康难a(bǔ)償工藝。這樣可以使得傳感器本身的制作工藝變得極其簡(jiǎn)單，一來不需要把大量的精力花在精細(xì)的制作工藝上，二來可以大大提高傳感器彈性體與貼片的合格率。當(dāng)然，由于要完成上述的各種軟件補(bǔ)償，需要建立各種數(shù)學(xué)模型，需要龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)來支撐。沒有大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是不可能完成。其基本配置為：
模擬式傳感器 + 數(shù)字變送（放大與A/D電路）+ 傳感器軟件智能化補(bǔ)償 = 第二階段數(shù)字式智能化傳感器。
該類傳感器的數(shù)字變送部分包括放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、溫度傳感器，通過數(shù)字補(bǔ)償電路和數(shù)字補(bǔ)償工藝，可進(jìn)行線性、滯后、蠕變等補(bǔ)償；內(nèi)裝溫度傳感器，通過補(bǔ)償軟件可進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償；地址可調(diào)，便于應(yīng)用與互換；遠(yuǎn)程診斷與校正。
此類傳感器較為典型的代表就是美國(guó)TOLEDO公司的數(shù)字傳感器技術(shù)。其核心是傳感器軟件智能化補(bǔ)償技術(shù)。這種傳感器據(jù)說采用了模糊數(shù)學(xué)、人工智能等方面的理論，用合理數(shù)據(jù)處理方法實(shí)現(xiàn)傳感器誤差的數(shù)字補(bǔ)償，避免了傳統(tǒng)荷重傳感器中繁瑣且的模擬補(bǔ)償方法。此類傳感器已具備了數(shù)字補(bǔ)償智能化技術(shù)的基本要求。
一種采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)功能，解決了因環(huán)境溫度的變化對(duì)傳感器橋臂之間的特性差異所造成的測(cè)量誤差影響。具體做法為：將電橋的兩個(gè)輸出電壓信號(hào)作為標(biāo)定數(shù)據(jù)，采用神經(jīng)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合對(duì)標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而既提高了電橋測(cè)量的環(huán)境溫度適應(yīng)范圍，也提高了其靜態(tài)特性。
目前國(guó)內(nèi)荷重傳感器非線性主要依靠彈性體本身制造、補(bǔ)償、調(diào)整工藝來解決。而一種利用BP軟件算法具有的非線性映射能力對(duì)傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入-輸出特性的反非線性逼近，將其作為智能傳感器系統(tǒng)的非線性校正軟件，使傳感器在該軟件的支持下提高測(cè)量精度.用傳感器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)，據(jù)介紹此方法可提高測(cè)量相對(duì)誤差（詳見參考文獻(xiàn)[5]）。
一種智能傳感器數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，應(yīng)用于傳感器的非線性校正溫度補(bǔ)償、數(shù)字濾波和標(biāo)度變換，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)的前端檢測(cè)與處理， 從而提高了自動(dòng)化檢測(cè)作業(yè)系統(tǒng)中傳感器的非線性質(zhì)量（詳見參考文獻(xiàn)[7]）。
從上述的數(shù)字式智能化傳感器的各種實(shí)例可以看出，總體上這一階段的數(shù)字式智能化傳感器主要體現(xiàn)在傳感器本身的智能化補(bǔ)償與校正上。
三、第三階段數(shù)字智能化荷重傳感器
嚴(yán)格意義上講，數(shù)字智能化荷重傳感器的智能化功能不僅僅反映在傳感器本身的智能化補(bǔ)償與校正上，更重要的是要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的智能化。隨著數(shù)字稱重傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，如何把數(shù)字傳感器的功能、特點(diǎn)發(fā)揮得淋漓致盡又提到了議事日程。為此適用于不同領(lǐng)域的真正意義上的“數(shù)字智能化荷重傳感器”應(yīng)運(yùn)而生。
什么是“數(shù)字智能化荷重傳感器”，目前世界上比較一致的理論認(rèn)為：凡具有一種或多種敏感功能，能夠完成稱重信號(hào)檢測(cè)和處理、邏輯判斷、閉環(huán)控制、雙向通訊、循環(huán)自檢和自診斷、自動(dòng)校正和補(bǔ)償、自動(dòng)計(jì)算等全部或大部分功能的稱重傳感器叫做“數(shù)字智能化荷重傳感器”。從結(jié)構(gòu)上看，它既可以是整體型集成化結(jié)構(gòu)，也可以是分離型模塊化結(jié)構(gòu)。
數(shù)字智能化荷重傳感器其基本配置為： 模擬式傳感器 + 數(shù)字變送（放大與A/D電路）+ 傳感器軟件補(bǔ)償 + 智能化自控軟件 =第三階段數(shù)字智能化荷重傳感器。

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