0 引言
      智能儀表的模擬輸入通道一般由傳感器、前置放大電路性湿、有源濾波器纬傲、采樣保持電路(S/H)、A/D轉(zhuǎn)換器和微機(jī)系統(tǒng)等電路組成[1]肤频。由于電子元器件性能參數(shù)的離散性叹括、穩(wěn)定性和溫度敏感性等問題，目前還得不到根本的解決宵荒。因此汁雷，從傳感器到A/D 轉(zhuǎn)換之間的任何一個環(huán)節(jié)都存在非線性的問題，使得A/D轉(zhuǎn)換值n與被測量x不成線性關(guān)系报咳，即n≠ax+b(a侠讯、b為常數(shù)）[2]。如果不解決這種非線性問題暑刃，將會嚴(yán)重影響智能儀表的測量精度厢漩。常用的非線性校正方法有校正函數(shù)法、查表法和模型校正法[s]岩臣。
    ① 校正函數(shù)法要求傳感器的輸入／輸出特性能用數(shù)學(xué)解析式表示溜嗜，且輸入通道的其它環(huán)節(jié)可認(rèn)為是線性的。事實(shí)上庇启，很多傳感器的輸入／輸出特性很難用解析式表示丢墅，并且如果解析式計(jì)算太復(fù)雜，還會嚴(yán)重影響測量速度盛媚。因此莽简，校正函數(shù)法的應(yīng)用受到較大的局限[4]。
    ② 查表法必須針對每一個傳感器進(jìn)行校正撤忆，而且需要把大量的校正數(shù)據(jù)制成表格存入儀表內(nèi)存铃越。而一般的智能儀表的內(nèi)存非常有限；當(dāng)因故更換傳感器時，需要重新校正切锈、修訂內(nèi)存中的表格數(shù)據(jù)橘谐，應(yīng)用起來也非常不方便[5]。
    ③ 模型校正法的基本原理是設(shè)法找到一個近似函數(shù)g₁(x)或多個分段近似函數(shù)g₁(x)尿旅、g₂(x)陋疑、g₃(x)、g₄(x)等來代替原函數(shù)f(x)捕阅。模型校正法的關(guān)鍵是如何求出既能滿足精度要求泉钮，又能滿足計(jì)算簡單的校正模型。通常校正模型計(jì)算太復(fù)雜會影響測量速度秃臣，所以采用模型校正法進(jìn)行非線性校正時涧衙，往往采用離線處理的方式[6]。
    智能儀表的特點(diǎn)是：采用的微控制器通常不便于進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算奥此，內(nèi)存也非常有限弧哎，而且很多情況下實(shí)時性要求高，不允許離線校正稚虎。因此撤嫩，尋找到一種簡便、有效蠢终、通用的非線性自動校正方法序攘，具有非常重要的意義。
1  非線性自動校正算法
       采用分段直線方程的非線性校正原理如圖l所示寻拂。設(shè)儀表的被測量用X表示程奠，儀表中對應(yīng)的燈D轉(zhuǎn)換值用N表示，則曲線OM表示儀表的非線性特性曲線〖蓝ぃ現(xiàn)將曲線分成若干段瞄沙，如果分段點(diǎn)的位置和分段數(shù)選取合適，則每一段曲線可近似看成是一直線段硫缓。這樣抄刁，曲線OM就可看成是由若干直線段組成阿赞。如圖中虛線段AB恭隧、BC可分別近似表示曲線AB和曲線BC。
               

    圖1中：曲線OM分段后各段端點(diǎn)對應(yīng)的被測信號分別為X₀, X₁,X₂漩跋，…啃极，X_i-1,  X_i, X_i+1,…，X_m阁檀；儀表中對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值分別為N₀, N₁, N₂粘榕，…，N_i, N_i+1, … ，N_m伴零。其中千覆，x₀為被測量的最小值，X_m為被測量的最大值感桌。顯然線段AB的斜率為：
              
    曲線段AB上的點(diǎn)(n,f(n))姑裂，可用直線段AB上的點(diǎn)P(n,x)近似表示，而點(diǎn)P滿足：
           
    式(2)男旗、式(3)就是得到的分段直線校正方程舶斧。其中式(2)可稱為點(diǎn)斜式校正方程，因?yàn)樾Ｕ匠逃删€段上的端點(diǎn)(從N_i-1,X_i-1)和斜率k_i決定察皇；式(3)可稱為兩點(diǎn)式校正方程茴厉，因?yàn)樾Ｕ匠逃删€段上的兩端點(diǎn)(N_i-1, X_i-1)和(N_i,X_i)決定。
       在校準(zhǔn)時什荣，若采用點(diǎn)斜式校正方程矾缓，則依次把校正方程參數(shù)(N_i-1,X_i-1)和k_i(其中i=1,2,3，…溃睹，m)存入儀表的內(nèi)存而账；若采用兩點(diǎn)式校正方程，則依次把校正方程參數(shù)(N_i,X_i)(其中i=0,1,2,3因篇，…泞辐，m)存入儀表的內(nèi)存。在實(shí)際測量時只要先用程序判斷儀表當(dāng)前的A/D轉(zhuǎn)換值N位于哪一個直線段竞滓，再從儀表內(nèi)存中取出相應(yīng)直線段的校正方程參數(shù)咐吼，則可由校正方程求出相應(yīng)的測量值X。
        從校正方程可以看出瞧佃，測量值只與校正點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)有關(guān)搔献，而與包括傳感器在內(nèi)的模擬輸入通道的各環(huán)節(jié)的非線性并無直接關(guān)系。因此袭甲，只要儀表的重復(fù)性或穩(wěn)定性較好榛瞪，即在不同時刻測量同一被測量X時，得到的A/D轉(zhuǎn)換值N始終或基本保持不變赊蚁，不論非線性是由于傳感器還是因?yàn)槟M輸入通道的其它環(huán)節(jié)引起的窟诈，都可以達(dá)到非線性校正的目的，從而保證儀表的測量精度某尘。理論上講掏手，分的段數(shù)越多，儀表的測量精度就越高厦鸠，但相應(yīng)地丑凛，占用儀表的內(nèi)存也越多，測量速度也會有少許影響，校準(zhǔn)時也會稍微復(fù)雜苗膝。
    需要指出的是殃恒，各種智能儀表存在較大的差異，實(shí)際應(yīng)用中要視具體情況對非線性校正方程進(jìn)行必要的修正辱揭。
2  在稱重儀表中的應(yīng)用
        在電子衡器中芋类，廣泛采用的稱重傳感器是壓力或拉力傳感器。不論傳感器的量程多大界阁，其滿度輸出一般為2mV左右侯繁，因此，對于同一種類型（靜態(tài)或動態(tài)）的電子衡器而言泡躯，往往可以采用通用的稱重儀表贮竟。
        電子衡器尤其是商用電子衡器，不僅對稱重精度有很高的要求较剃，而且對實(shí)時性也有較高的要求咕别。因此，稱重儀表的非線性校正必須采用在線方式写穴。
2.1 非線性自動校正方程的修正
       在稱重儀表中惰拱，最小測量值x₀=0kg，對應(yīng)的零點(diǎn)值N₀≠0星肤，而且會隨著環(huán)境溫度的變化而變化搜栽，實(shí)際測量時，各校正點(diǎn)Xi對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值N_i(i=1,2,3,…)也會因零點(diǎn)的變化而相應(yīng)發(fā)生變化溢牡。也就是說贱供，環(huán)境溫度變化后，實(shí)際測量時粉怯，當(dāng)被測量為 X_i時犁鹤，儀表內(nèi)部獲取的A/D轉(zhuǎn)換值不再是校正時的N_i，從而使得按上述校正方程式(2)或式(3)求取的測量校正值是錯誤的或不準(zhǔn)確的险朴。
       實(shí)驗(yàn)證明舞轧，稱重儀表的零點(diǎn)值N0受環(huán)境溫度的影響較大，而其非線性特性曲線受環(huán)境溫度的影響較小[7]使宽。如圖1中所示羞菊，N₀發(fā)生變化后，可以近似認(rèn)為非線性特性曲線OM只是適當(dāng)左移或右移材光。也就是說暮态，盡管N₀是變化的鹦赎，而N_i-N₀(i=1,2,3谍椅，… )可以認(rèn)為是不變的。
       一般來說，每天的不同時刻都會存在一定的溫差雏吭，但每天的溫度變化都非常緩慢锁施，稱重儀表的零點(diǎn)在使用過程中的變化也非常緩慢。根據(jù)這個特點(diǎn)杖们，我們完全可以用軟件的方法實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)跟蹤悉抵，即在某個較短的時間段（如0.5s）內(nèi)，若采樣到的A/D值n與之前的零點(diǎn)N₀之差的絕對值不超過某個較小的數(shù)值摘完，則令N₀=n姥饰。
       鑒于儀表的零點(diǎn)值N₀受環(huán)境溫度的影響較大，非線性校正方程要作相應(yīng)的修正：不管是校正時還是實(shí)際測量時孝治，均把得到的A/D轉(zhuǎn)換值減去零點(diǎn)值N₀列粪。此時，點(diǎn)斜式校正方程修正為：
        
2.2 校正方程參數(shù)的存儲結(jié)構(gòu)
       對于點(diǎn)斜式校正方程式(4)而言谈飒，要存入儀表內(nèi)存的校正方程參數(shù)為：M_i-1岂座、X_i-1和k_i(i=l,2,3，…m;M₀＝X₀=0)隅昌，可用一個三維數(shù)組形式的表格存放拉诲。
        對于兩點(diǎn)式校正方程式(5)而言，要存入儀表內(nèi)存的校正方程參數(shù)為：M_i琼护、X_i(i=0,1,2,3威卑，…，m菌熬；M₀＝x₀=0)捍秃，可用一個二維數(shù)組形式的表格存放。
       考慮到M₀=x₀=0舌捡，故M₀和X₀不必保存印洒，但應(yīng)在表首位置存儲校正點(diǎn)數(shù)j。兩個校正方程的校正參數(shù)在儀表內(nèi)存中的存儲結(jié)構(gòu)分別如圖2所示渐位，其中Tab.l和Tab.2分別表示內(nèi)存參數(shù)表首地址瞒谱。