传感器特性的线性化

传感器特性的线性化——传感器输出值或与其成比例的量（模拟或数字）的非线性变换，实现测量值和表示它的值之间的线性关系。

借助线性化，可以在连接具有非线性特性的传感器（例如热电偶、热电阻、气体分析仪、流量计等）的二次设备的刻度上实现线性。传感器特性的线性化使得通过具有数字输出的二次设备获得必要的测量精度成为可能。在将传感器连接到记录设备或对测量值执行数学运算（例如积分）时，这在某些情况下是必要的。

就编码器特性而言，线性化充当逆函数变换。如果将传感器的特性表示为y = F(a + bx)，其中x为测量值，a和b为常数，则与传感器串联的线性化电路(图1)的特性应为像这样：z = kF (y)，其中 F 是 F 的反函数。

因此，线性化器的输出将为 z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x，即测量值的线性函数。

米。 1.广义线性化框图：D——传感器，L——线性化器。

此外，通过缩放，相关性 z 被简化为 z '= mx 的形式，其中 m 是适当的缩放因子。如果以补偿方式进行线性化，即基于如图 1 所示的伺服系统。 2、那么线性化函数转换器的特性应该类似于传感器的特性z = cF(a + bx)，因为测量值的线性化值取自函数线性化器及其转换器的输入输出与传感器的输出值进行比较。

线性化器作为函数转换器的一个特征是它们再现的依赖性相对较窄，仅限于单调函数，这由传感器特性的类型决定。

米。 2、基于跟踪系统的线性化框图：D—传感器，U—放大器（transducer），FP—函数转换器。

线性化电路可根据以下标准进行分类：

1.按功能设置方法分：空间形式为模板、矩阵等，形式为非线性元素组合，形式为数字计算算法，器件。

2.按方案的灵活性程度：通用（即可重构）和专用。

3.按结构图性质分：开式（图1）和补偿式（图2）。

4、输入输出值的形式：模拟、数字、混合（模拟-数字和数字-模拟）。

5.按电路中使用的元件类型分类：机械、机电、磁性、电子等。

空间函数线性化器主要包括凸轮机构、模式和非线性电位器。它们用于每个转换阶段的测量值以机械运动的形式呈现的情况（凸轮 - 用于压力和变压器传感器特性的线性化，模型 - 在记录器中，非线性电位器 - 在电位和桥式电路中).

电位器特性的非线性是通过在异形框架上缠绕并使用分段线性近似方法通过使用合适的电阻操纵部分来实现的。

在基于使用非线性电位器的电位型机电伺服系统的线性化器中（图 3），线性化值表现为旋转角度或机械位移。这些线性化器简单、用途广泛，广泛用于集中控制系统。

米。 3、电位型机电伺服系统用线性化器：D——输出直流电压的传感器，Y——放大器，M——电动机。

参数函数转换器中使用了单个元件（电子、磁、热等）特性的非线性。然而，在它们开发的功能依赖性和传感器的特性之间，通常不可能实现完全匹配。

设置功能的算法方法用于数字功能转换器。它们的优点是精度高，特性稳定。他们使用各个函数相关性的数学特性或部分线性逼近的原理。例如，抛物线是根据整数平方的性质发展起来的。

例如，数字线性化器基于分段线性逼近方法，其工作原理是用不同重复率的脉冲填充接近的段。根据非线性类型，根据插入到设备中的程序，填充频率在接近段的边界点发生跳跃变化。然后将线性化数量转换为单一代码。

非线性的部分线性近似也可以使用数字线性插值器来执行。在这种情况下，插值间隔的填充频率仅平均保持不变。

基于零件线性逼近方法的数字线性化器的优点是：易于重新配置累积非线性和从一种非线性切换到另一种非线性的速度，这在高速集中控制系统中尤为重要。

在包含通用计算器、机器的复杂控制系统中，可以直接从这些机器执行线性化，其中功能以相应子程序的形式嵌入。