网站地图  |  XML地图

联系我们

  • 澳门网址-首页
  • 销售直线:0755-85275443
  • 传真:0755-85275443
  • 邮箱:324423332@qq.com
  • 地址:河源市宝安区松岗街道红星社区宏海大厦8栋1楼

产品中心

您的位置: 主页 > 产品中心 >

传感器特性实验数据处理方法

发布日期:2020-07-17 07:31

  传感器特性实验数据处理方法_物理_自然科学_专业资料。传感器实验数据处理方法 孙福玉 1 曹万苍 1 王中文 2 (1 赤峰学院 内蒙古赤峰 , 024000) (2 吉林省公主岭市范家屯第一中学) 摘 要 传感器实验中,经常需要通过实验数据求

  传感器实验数据处理方法 孙福玉 1 曹万苍 1 王中文 2 (1 赤峰学院 内蒙古赤峰 , 024000) (2 吉林省公主岭市范家屯第一中学) 摘 要 传感器实验中,经常需要通过实验数据求出传感器的特性指标,本文利用 MATLAB 的 GUI 功能, 通过对 GUI 开发环境中回调函数的编程, 设计了基于 GUI 的传感器实验数据处理界面, 展示了方便灵活的 参数输入和动态仿真结果的输出,开发设计出了具有良好交互式界面的传感器实验数据处理系统,可应用 于所有传感器实验的数据处理。 关键词 传感器;非线性误差;灵敏度;GUI 中图分类号:O4-39 文献标识码:A 1 引言 传感器通常把非电量转化为电量,它就相当于我们的五官,可感知温度、压力、高度、 速度、 光强等各种变化, 并把这种变化转化为较容易处理的电压信号, 电压信号送入单片机、 FPGA、CPLD 或 ARM 等处理器进行处理后,即可完成自动控制、数字显示、报警等工作。 从中学到大学,在物理学中我们接触了很多传感器,如光敏管、压阻片、差动变压器等等, 在涉及到传感器的实验中, 经常需要通过实验数据求出传感器的特性指标, 而这种特性指标 的求解非常烦琐,需要化费学生大量的时间和经历,本文给出了一种 MATLAB 的 GUI 处理 方法,可以非常容易的解决这个问题。 2 传感器的两个重要特性 2.1 传感器的非线性误差 传感器的非线性误差是传感器的一个重要指标, 传感器的输出随输入的变化而变化, 对 于使用者而言, 我们自然希望这种变化是线性的, 我们称之为输入输出特性曲线为一条直线, 但由于种种原因,实际的传感器总是非线性的,我们就希望传感器的非线性越小越好,比如 对于由压力传感器做成的电子秤,放上 1 Kg 它显示 1 Kg,放上 2 Kg 它显示了 2.5 Kg,可 以说它的非线性误差太大了,这样的电子秤是无法使用的。 非线性误差通常指的是相对误差,可以用公式(1)进行计算: r?? ?LMAX % YFL (1) 上式中Δ LMAX 为最大非线性绝对误差,YFL 为传感器的满量程输出值。 2.2 传感器的灵敏度 1 传感器的灵敏度指传感器灵敏的程度,其定义为传感器的输出量增量 Δ y 与传感器的 输入量增量 Δ x 的比值,传感器的灵敏度可用公式(2)计算,通常情况下,我们希望传感 器的灵敏度越大越好。对于线性传感器,它的灵敏度就是它的输入输出特性曲线的斜率。 s? ?y ?x (2) 为了根据公式(1)和公式(2)计算传感器的非线性误差和灵敏度,需要使用最小二乘 法,公式(3)至公式(5)为最小二乘法的计算公式,从这几组公式中我们可以看出手工求 解的烦琐程度。 y1 ? a ? bx1 ? ? 1 y 2 ? a ? bx2 ? ? 2 ?? y n ? a ? bxn ? ? n (3) 公式(3)中 x 为传感器实验的 n 次输入,y 为传感器实验的 n 次输出。 ? 1 ? y1 ? (a ? bx1 ) ? 2 ? y 2 ? (a ? bx 2 ) ?? ? n ? y n ? (a ? bx n ) (4) 公式(3)和公式(4)中,ε 为传感器 n 次实验的误差。 ? ? ? ? [ y ? (a ? bx )] ?? ? ?? ? ? 0, ?0 2 i i i 2 i 2 i 2 ?a ?b ? 2? [ yi ? (a ? bxi )] ? 0 ? 2? [ yi ? (a ? bxi )]xi ? 0 ? y ? bx n n? xi yi ? ? xi ? yi x ? y ? x ? y b? ? 2 n? xi2 ? (? xi ) 2 x2 ? x i (5) a? ?y ? b? xi 公式(3)至公式(5)中 a 为输入输出特性曲线的截距,b 为输入输出特性曲线的斜率, b 值即为传感器的灵敏度 s, n 次实验中最大的ε 值就是Δ LMAX 也就是最大非线 传感器实验数据的 GUI 处理方法 GUI 是 Graphical User Interfaces Development Environment 的一个缩写, 意为图形用户界 面开发环境,简称 GUI,GUI 是 MATLAB 的一个子窗口,它具有非常强大的功能,其优点 2 是方便灵活的参数输入,动态仿真结果输出。 可采用下列步骤设计传感器实验数据处理的 GUI 界面: (1) 启动 MATLAB, 点击 file 菜单,选中 GUIDE 子窗口选项,打开 GUI 的布局编辑 器窗口。 (2) 如图一传感器实验数据处理的 GUI 图形窗口所示,拖放所需要的控件, 这里拖放四 个动态文本框到工作区, 其中两个用来放置实验中传感器的输入和输出数据, 另外两个放置 数据处理结果, 即程序执行后输出的传感器的灵敏度和传感器的非线性误差,澳门网址 拖放三个静态 文框到工作区, 用来对四个动态文本框进行说明, 拖放一个坐标轴控件用来放置传感器的输 入输出特性曲线,拖放一个按钮控件,当按钮控件 Push Buttor 按下后,GUI 将开始运行。 我们可以使用几何位置排列工具对这些控件的位置进行重新排列和调整。 (3) 双击每一个所选中的控件,编辑它们的属性,这里把 fontname 属性设置为隶书,把 fontsize 属性设置为 16,其它的 fontweight,string,tag 等属性也应进行相应的设置。 (4)运行 GUI 程序, 在自动生成的 M-file 中添加 Push Buttor 按钮控件的 Callback 回调函 数如下 [1-2] 所示: x0 = numeric(get(handles.x, string)) y0 = numeric(get(handles.y, string)) p=polyfit(x0,y0,1); x1=min(x0) x2=max(x0) x=x1-1:0.01:x2+1; y=polyval(p,x); p s= p(:,1); s=abs(s) y1=polyval(p,x0) l1=abs(y0-y1) l2=max(l1) y2=abs(y0) yfs=max(y2) rl=l2./yfs 3 plot(x0,y0,ro,x,y,k-); legend(x0-y0,x-y) set(handles.s,string,s) set(handles.rl,string,rl) (5)运行 M-file,出现传感器实验数据处理的 GUI 图形窗口如图一所示,在原始数据处 的两个动态文本框中输入传感器输入和输出实验数据,点击 Push Buttor 按钮控件,即可在 另外两个动态文本框中看到实验数据的处理结果, 即程序执行后输出的传感器的灵敏度和传 感器的非线性误差,同时我们在坐标轴控件中可观察到传感器的输入输出特性曲线。 图一 传感器实验数据处理的 GUI 图形窗口 4 结论 传感器实验中, 经常需要通过实验数据求出传感器的特性指标, 而这种特性指标的求解 非常烦琐,本文利用 MATLAB 的 GUI 功能,可以非常容易的解决这个问题。本文设计了基 于 GUI 的传感器实验数据处理界面,展示了方便灵活的参数输入和动态仿真结果的输出, 开发设计出了具有良好交互式界面的传感器实验数据处理系统, 可应用于所有传感器实验的 数据处理。 参考文献: [1]李显龙. MATLAB界面设计与编译技巧[M].北京:电子工业出版社,2006.225-283 [2]孙福玉. MATLAB程序设计教程[M].呼和浩特:远方出版社,2006.130-131 4

版权所有:澳门网址-首页 备案号:粤ICP备19030338号