本文以研究地磅中的數(shù)字式稱重傳感器為核心，總結(jié)歸納了它的演變過(guò)程，分析了數(shù)字式稱重傳感器的最新發(fā)展 趨勢(shì)，進(jìn)而促進(jìn)此類產(chǎn)品在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。

0.引言

我國(guó)地磅行業(yè)的數(shù)字式稱重傳感器的應(yīng)用發(fā)展之快使 得一些獨(dú)具遠(yuǎn)見(jiàn)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(lái)。在本文中，對(duì)數(shù)字式智能 化稱重傳感器的功能演變過(guò)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、再到第三階段的稱重 系統(tǒng)的智能化應(yīng)用的演變，進(jìn)行了簡(jiǎn)單概括的論述。

1.數(shù)字化稱重傳感器

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)模擬式稱重傳感器缺點(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)外一些稱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AD電路，置于 稱重傳感器罩殼內(nèi)或附近的接線盒內(nèi)。數(shù)字化傳感器由模擬 式傳感器和數(shù)字變送兩部分組成。

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 稱重傳感器的信號(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(shuō)，如果傳感器本身的制造、補(bǔ)償、調(diào)整 工藝不過(guò)關(guān)，要靠數(shù)字變送來(lái)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(méi)有突破原功能。要 做到第一代“數(shù)字化稱重傳感器”的難點(diǎn)在于必須要保證所 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(shuō)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)字化稱重傳感器”。

本階段的數(shù)字化稱重傳感器主要特點(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 AD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。

2.數(shù)字式智能化稱重傳感器

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(guò)軟件技術(shù)來(lái)解決，也就是說(shuō)由計(jì)算機(jī)軟件來(lái) 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，不需要把大量的精力 花在精細(xì)的制作工藝上，并且可以大大提高傳感器彈性體與 貼片的合格率。數(shù)字式智能化傳感器由模擬式傳感器、數(shù)字 變送和傳感器軟件智能化補(bǔ)償三部分組成。

該類傳感器的數(shù)字變送部分包括放大、濾波、VD轉(zhuǎn)換 器、微處理器、溫度傳感器。通過(guò)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(guò)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。

第一，此類傳感器技術(shù)的核心是軟件智能化補(bǔ)償，采用模糊數(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)稱重傳感器中繁瑣的 模擬補(bǔ)償方法，具備了數(shù)字補(bǔ)償智能化技術(shù)的基本要求。第 二，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) 傳感器橋臂造成測(cè)量誤差的影響。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。第三，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。

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。

3.數(shù)字智能化稱重傳感器

嚴(yán)格意義上講，數(shù)字智能化稱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)揮得更好又成為關(guān) 注的焦點(diǎn)。真正意義上的“數(shù)字智能化稱重傳感器”表現(xiàn)在具 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，具有這樣的稱重傳感器被稱為“數(shù)字智 能化稱重傳感器”。從結(jié)構(gòu)上看，可分為整體型集成化結(jié)構(gòu)和 分離型模塊化結(jié)構(gòu)兩種。數(shù)字智能化稱重傳感器由模擬式傳 感器、數(shù)字變送(放大與A/D電路）、傳感器軟件補(bǔ)償和智能 化自控軟件四部分組成。

最新第三階段的數(shù)字智能化稱重傳感器已應(yīng)用于各種 智能化閉環(huán)控制多用途、智能化多分量測(cè)量與高速動(dòng)態(tài)數(shù)字 信號(hào)處理以及網(wǎng)絡(luò)通訊等場(chǎng)合，其發(fā)展趨勢(shì)包括：

(1)智能化閉環(huán)控制

智能化閉環(huán)控制主要指可應(yīng)用于各種智能化閉環(huán)、高速 高精度動(dòng)態(tài)自補(bǔ)償稱重等應(yīng)用場(chǎng)合。例如動(dòng)態(tài)高速數(shù)字智能 化稱重傳感器，除了用于標(biāo)準(zhǔn)的稱重過(guò)程外，還提供分選、定 量灌裝的多用途控制功能。內(nèi)置信號(hào)處理模塊使其可用于快 速、高精度的稱重場(chǎng)合。對(duì)于外部因素引起的振動(dòng)，稱重傳感 器帶有數(shù)字濾波器，可以消除這些振動(dòng)引起的誤差。有些內(nèi) 置可編程的濾波器還能允許客戶根據(jù)不同的應(yīng)用改變?yōu)V波 參數(shù)。

（）2)智能化多參量控制

智能化多參量測(cè)量是指稱重傳感器本身除具有檢測(cè)重 量信息的功能外，還能同時(shí)檢測(cè)其它多參量信息。例如：電子 吊秤傳感器可檢測(cè)加速度，完成動(dòng)態(tài)加速度自動(dòng)修正；汽車 檢測(cè)平臺(tái)用稱重傳感器，可同時(shí)檢測(cè)垂直方向的重量信息和 水平方向的側(cè)向載荷，即多分力測(cè)量。

(3)高速動(dòng)態(tài)信號(hào)處理技術(shù)

工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，數(shù)字技術(shù)向智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò) 化、信息化方向發(fā)展。利用目前工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中最為熱 點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS中工業(yè)控制軟件的數(shù)據(jù)處理方 法，首先對(duì)系統(tǒng)中的傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)處理的特性分 析，提出了 FCS的數(shù)據(jù)處理方法，據(jù)介紹對(duì)處理平穩(wěn)傳感器 數(shù)據(jù)和非平穩(wěn)傳感器數(shù)據(jù)都具有適應(yīng)性。

4.結(jié)束語(yǔ)

上述文章對(duì)數(shù)字式智能化稱重傳感器功能演變過(guò)程，從 初始階段的數(shù)字化轉(zhuǎn)換、到第二階段的傳感器本身的智能化 補(bǔ)償、再到第三階段的傳感器擴(kuò)展稱重系統(tǒng)的應(yīng)用，特別是 “智能化”功能演變的論述中，可以看出數(shù)字式智能化稱重傳 感器的功能，除了數(shù)字化或數(shù)字式的傳感器性能的補(bǔ)償與數(shù) 字量的長(zhǎng)距離傳送功能外，更不能忽視的是擴(kuò)展其應(yīng)用于各 種智能化閉環(huán)控制多用途、智能化多分量測(cè)量與高速動(dòng)態(tài)數(shù) 字信號(hào)處理乃至網(wǎng)絡(luò)化通訊等場(chǎng)合。可以看出，數(shù)字式智能 化稱重傳感器已從傳統(tǒng)傳感器的單一功能和單一檢測(cè)向多 功能和多參量檢測(cè)，由開(kāi)環(huán)數(shù)據(jù)傳送向主動(dòng)閉環(huán)控制和信息 處理，由孤立一次儀表向系統(tǒng)化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展， 這應(yīng)是我國(guó)數(shù)字式稱重傳感器制造行業(yè)目前和今后的發(fā)展 方向 。