數(shù)字化測(cè)量概述

為了適應(yīng)動(dòng)態(tài)測(cè)量的需要?在 動(dòng)態(tài)稱重測(cè)力系統(tǒng)中?為系統(tǒng)輸入 端的傳感器至關(guān)重要。特別在需要 智能化的場(chǎng)合?傳感器的直接或間 接數(shù)字化已必不可少?此時(shí)測(cè)量不 確定度和測(cè)量速度往往是一對(duì)矛 盾?兩者很難兼得?而須根據(jù)實(shí)際情 況作折衷選擇。

在稱重測(cè)力領(lǐng)域? 我國(guó)目前大量生產(chǎn)和應(yīng)用的都是傳 統(tǒng)的模擬式傳感器。模擬信號(hào)的輸 出較小?以生產(chǎn)量Z大的、采用電阻 應(yīng)變?cè)淼姆Q重測(cè)力傳感器為例? 一般Z大輸出為30～40mV?故其信 號(hào)受易射頻干擾和電磁干擾?電纜 傳輸距離也短?通常在10m 以內(nèi)。

而同樣是電阻應(yīng)變式的數(shù)字化 傳感器?其輸出信號(hào)可達(dá)4V?是模 擬式傳感器的100倍。強(qiáng)信號(hào)電纜 傳輸距離可在150m?附加電源后則 可超過(guò)600m。 人們一直在為改善模擬式稱重 測(cè)力傳感器性能所需的各種補(bǔ)償而 耗時(shí)耗力?特別是在尋求廉價(jià)的靈 敏度溫度補(bǔ)償?零點(diǎn)溫度補(bǔ)償?非線 性補(bǔ)償、滯后補(bǔ)償、蠕變補(bǔ)償?以及 它們之間可能存在的交互（耦合）作 用的補(bǔ)償機(jī)理和補(bǔ)償辦法。

而數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)卻為此提供了新的解決途 徑?因?yàn)榧词故腔谖⑻幚頇C(jī)的數(shù) 字化傳感器也能夠通過(guò)線路設(shè)計(jì)和 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字補(bǔ)償。 在使用多個(gè)傳感器并聯(lián)的容器 稱重系統(tǒng)（料斗秤或配料秤）、平臺(tái) 稱重系統(tǒng)或秤橋（汽車衡或軌道衡） 中?利用數(shù)字系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)“自校準(zhǔn)”。 這是因?yàn)槎嗤ǖ赖臄?shù)字傳感器系 統(tǒng)?不存在阻抗匹配問題；用戶輸入 各傳感器的地址、秤量和靈敏度?即 可自動(dòng)進(jìn)行秤的“四角”或“邊角”平 衡?不必一次次地反復(fù)調(diào)整?而在模 擬系統(tǒng)中多個(gè)傳感器并聯(lián)接線后? 每個(gè)傳感器的特性就不再是可辨別的了?校準(zhǔn)時(shí)需要在每一個(gè)傳感器 上施加砝碼并利用接線盒中的分壓 器進(jìn)行調(diào)整；由于調(diào)整時(shí)存在著交 互作用?因而需反復(fù)多次。在數(shù)字 系統(tǒng)中?則允許分別復(fù)核作為單體 的每一個(gè)傳感器。

實(shí)際上?校準(zhǔn)裝 有數(shù)字傳感器系統(tǒng)的秤所花費(fèi)的時(shí) 間?僅為模擬系統(tǒng)的1／4。 利用數(shù)字系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)“自診 斷”?即診斷程序會(huì)連續(xù)地檢查各傳 感器信號(hào)是否中斷、輸出是否明顯 超出范圍等。若有問題?在儀表或 控制器面板上會(huì)自動(dòng)顯示或報(bào)警? 用戶利用面板上的鍵即可尋找各個(gè) 傳感器?獨(dú)立地確定問題原因并進(jìn) 行故障排除。這種直覺診斷和故障 排除能力?對(duì)用戶顯然是一種重要 優(yōu)點(diǎn)；而在模擬傳感器系統(tǒng)中則是 很難以低成本實(shí)現(xiàn)的。 在稱重測(cè)力領(lǐng)域中?典型模擬 傳感器系統(tǒng)的模數(shù)變換器有16比 特?即有50000個(gè)可用計(jì)數(shù)；而數(shù)字 系統(tǒng)中每一個(gè)傳感器的分辨率為20 比特?即有1000000個(gè)可用計(jì)數(shù)。

所以?一個(gè)裝有4個(gè)數(shù)字傳感器的 系統(tǒng)即可提供4000000個(gè)計(jì)數(shù)的 分辨率。這種高分辨率的優(yōu)點(diǎn)?特 別適用于秤架自重大而被稱物重量 小的場(chǎng)合。例如在配料稱重系統(tǒng) 中?有時(shí)其中某配方的物料僅占很 小比例?但準(zhǔn)確度要求卻仍然很高。 這在傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)中同樣是很難 實(shí)現(xiàn)的。

目前?傳感器數(shù)字化的方式通常 有兩種。一種是將 A／D 變換連同前 級(jí)的放大、濾波及后級(jí)的微處理機(jī)芯 片、溫度敏感元件等一起?放在傳感 器殼體的內(nèi)部?形成一個(gè)整體。由于 傳感器的輸出已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)?所以 稱重儀表中的模擬信號(hào)處理單元可 以取消?其結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化。另一種是 傳感器本身一切照舊?而只是將 A／D 變換等放到附近的接線盒（Module? 也稱模塊）中。前者稱為整體型?后 者稱為分離型。一臺(tái)普通的雙剪切 梁傳感器大約包括11個(gè)電子元件? 共有30個(gè)焊點(diǎn)。變成整體的數(shù)字式 傳感器后?目前包括約60個(gè)電子元 件和350個(gè)以上焊點(diǎn)。傳感器的平 均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）是與其包含的 電子元件數(shù)和焊點(diǎn)數(shù)成反比的?因而 整體型數(shù)字稱重傳感器的可靠性顯 然有所下降。 分散型數(shù)字稱重傳感器?或確 切地說(shuō)數(shù)字稱重系統(tǒng)?用基于微處 理機(jī)的數(shù)字傳感器模塊替代了通常 的接線盒。

每個(gè)傳感器信號(hào)的高速 和高分辨率的 A／D 變換?就是在此 模塊中完成的?Z多可以接12只傳 感器。數(shù)據(jù)或資料被數(shù)字化后?通 過(guò)串行通信接口?傳輸?shù)?ldquo;數(shù)字過(guò)程 稱重控制器”。這種光耦合式的數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)或資料的連結(jié)?可傳輸高電 平數(shù)字信號(hào)而不受射頻干擾和電磁 干擾等電噪聲的任何影響。 顯然?分散型方式更適宜于在 原有模擬稱重系統(tǒng)的基礎(chǔ)上?不必 更換傳感器就可以向數(shù)字稱重系統(tǒng) 發(fā)展?不失為對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)改造的一 條捷徑?？梢灶A(yù)見?數(shù)字傳感器和 數(shù)字稱重測(cè)力系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展將 會(huì)是很快的。