基于BP神经网络的一种传感器温度补偿方法
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从 原 来 的 ５４ 降 到 了 ０２ ． ％ ．％。
关 键 词 ： 度 补 偿 ； 压 阻 式 ； 感 器 ； Ｐ神 经 网络 ；电桥 温 硅 传 Ｂ 中 图分 类 号 ： Ｐ １ Ｔ ２２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１７ — ２ ６ ２ １ ）９ ０ ５ — ３ ６ ４ ６ ３ （０ １０ — １２ ０
第 ｌ ９卷 第 ９期
Ｖｏ ．９ １ １ Ｎｏ９ ．
电子 设计 工 程
Ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｓ ｎ Ｅ ｇｎ ｅ ｉｇ ｌ ｃｒ ｎ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｎ
２ １ 年 ５月 ０１
Ｍａ ．２ １ ｙ ０１
基才 Ｂ Ｐ神 经 网络的一种 传感器 温度补偿 方 法
作 者 简 介 ： 潜 （９ ３ ） 男， 苏 常 熟人 ， 程 师 。研 究 方 向 ： 算 机 测 控 ， 代 测 控技 术 。 张 １７ 一 ， 江 工 计 现
－
１ － ５２
张 潜． 等 基 于 Ｂ Ｐ神 经 网络 的一种 传 感器 温度补偿 方法
组 成 ， 图 ｌ 示 ， 臂 电桥 中 的 ４个 电 阻 的 阻 值 不 仅 会 随 如 所 四
Ａｐ ｏ ｃ ｓ ｔ ｅ ｌｚ ｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｏ ｐ ｎ ａ ｉ ｎ ｐｒ ａ ｈｅ ｏ ｒ ａ ｉ ｅ ｔ ｍ ｒ ｔ ｅ ｃ ｍ ｅ ｓ ｔｏ ｂａ ｅ ｎ ｓ ｄ ｏ ＢＰ ｕｒ ｌｎｅ ｗｏ ｋ ｎｅ ａ ｔ ｒ
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一
差 降 低 到 ０２ ．％。
１ Ｂ Ｐ神 经 网 络 硅 压 阻式 传 感 器 温 度 补偿
１ ． 硅 压 阻 式 传 感 器 的 温 度 误 差 １
定 的 困 难 【］ 常 采 用 的 方 法 是 选 取 几 个 温 度 点 ， 得 补 ｌ 。常 － ３ 求
硅 压 阻 式 传 感 器 是 用 半 导 体 材 料 制 成 的 ． 半 导 体 材 料 而
对 温 度 很 敏感 。因此 ， 压 阻 式 传 感 器 的温 度 误 差 较 大 ． 且 硅 并 其 温 度 误 差 具 有 以下 特 点 ： 先 ， 相 同压 力 下 硅 压 阻 式 传 首 在 感 器 的 温 度 误 差 比其 他 材 料 传 感 器 的 要 大 ； 次 ， 的 温 度 其 它 误 差 是 非 线 性 的 ； 次 ， 进 行 温度 补 偿 的过 程 中 ， 难 区分 再 在 很 温 度 误 差 引 起 的 输 出 量 的 变 化 和 压 力 变 化 引 起 的 输 出 量 的
张 潜 ，武 强
（ 熟 市公 安 局 机 动 车检 测 站 江 苏 常 熟 ２ ５ ０ ） 常 １ ５０
摘 要 ：简 单介 绍 了硅 压 阻式 传 感 器 温度 误 差 产 生 的 原 因及 其 特 点 ，提 出 了一 种 利 用 Ｂ Ｐ神 经 网 络 对 其 温 度 误 差 及 非 线 性 误 差 进 行 补偿 的 方 法 。根 据 传 感 器 温度 误 差 的 特 点 设 计 了一 个 多层 的 Ｂ Ｐ神 经 网 络 ， 中传 感 器测 试 电路 中四 其 臂 电桥 的桥 路 电 压 和 未 经 补 偿 的 传 感 器 的 输 出作 为神 经 网络 的 两 个 输入 。 用 Ｍ ｔａ 利 ａＬ ｂ对 该 网络 进 行 训 练 ， 到 了 网 得 络 的 权 值 和 闽值 。经过 试 验 证 明 ， 网络 能 够有 效 的补 偿 传 感 器 的 温 度 非 线 性 误 差 ， ４ ～ ０℃ 范 围 内 ． 温 度 误 差 该 在－ Ｏ ６ 使
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的 参 量 。 可 以 从 传 感 器 的 测 量 电 路 中获 得 ［１ 这 ５。 － ６
证 明 。构建 的 Ｂ Ｐ神 经 网络 能 够 使 传 感 器 的温 度 误 差 得 到 大 收 稿 日期 ：０ １ ０ — ６ ２ １— ２ １ 稿 件 编 号 ：０ １２ ２ ２ １０ ０ ２
硅 压 阻 式 传 感 器 的 测 量 电路 ， 由应 变 计 组 成 的 四臂 电 桥
假 设 温 度 为 幻时 ， ｌＲ ＝ ＝ ４Ｒ ， 温 度 、 力 发 生 变 Ｒ ＝ ２Ｒ３Ｒ＝ ０当 压 化 时 ， 电 阻 阻 值 可 以用 式 （ ） （ ） 示 ： 各 １ 、２ 表
Ｒｌ ３Ｒ ＋ Ｒ ＋ 。 ＝ ＝ ｏＡ Ｒ Ｒ ＝ ４Ｒ ＋ Ｒ 一 。 ２Ｒ ＝ ｏＡ △ Ｒ Ｒ ｃ Ｒ 广 如 （） １ （） ２ （） ３
其 中 ： ＿ 温 度 为 ｔ时 的 电 阻值 ； 『 ｏ 广 温度 变化 引起 的 电 阻变 化 ；
一
输 入 压 力 引起 的 电 阻 变 化 ；
．
（１ （ ａ ） ｋ 嚣 ） －
６Ｊ） （一 ＋＝ Ｊ （１６｝ 嚣 ｝ ）
（ ７ ）
（ ８ ）
广 温度 为 ｔ 的 电 阻值 ； － 时
所 引起 的 输 出 ， 些 是 由 』温 度 误 差 所 带 来 的 输 出嗍 哪 。所 以 ，
变 化 ； 外 ， 压 阻 传 感 器 的温 度误 差 有 很 大 的 分 散 性 ， 至 此 硅 甚
由 同一 制 造 商 提 供 的 同 一 型 号 传 感 器 的误 差 幅 度 彼 此 之 间 也 会 有 轻 微 的 差 异 。这 些 特 点 给 硅 压 阻 式 传 感 器 的温 度 误 差 补 偿 带 来 了一 定 的 困 难 。鉴 于 硅 压 阻 传 感 器 温 度 误 差 的 特
ｓｎ ｏ ｏ ｌ ｅ ｒｔｍｐ ｒｔｒ ｒｏ ，ｎ ｔｅ ｔｍｐ ｒｔｒ ａ ｇ ｆ４ ℃ ｂ ｌｗ ｅｏｔ ０Ｃ ， ｋ ｅ ｅａｕ ｅｅｒｒｆ ｍ ｈ ｅ ｓ ｒｎ ｎｉ ａ ｅ ｅａｕ ｅｅｒｒ ｉ ｈ ｅ ｅａｕｅ ｒｎ ｅ ｏ ０ ｎ ｅｏ ｚ ｒ ｏ ６ ￣ ｍａ ｅｔｍｐ ｒｔｒ ｒｏ ｒ ｔｅ ｏ
传 感 器 特 别 是 硅 压 阻 式 传 感 器 的 温 度 误 差 在 其 总 误 差
大降低 ， 得传感 器在一０ ６ 使 ４ ～ ０℃温 度 范 围 内 。 线 性 温 度 误 非
中 占有 很 大 的 比重 ． 度 补 偿 的好 坏 直 接 影 响 着 传 感 器 的 总 温
精 度 。温 度 误 差 的 补 偿 方 法 有 很 多 种 ， 中软 件 补 偿 是 一 种 其 较 常 见 的 方 法 。 由于 传 感 器 的 温 度 误 差 是 一 种 非 线 性 误 差 ， 即 各 个 温 度 点 的 补 偿 系数 也 应 该 呈 非 线 性 ， 给 补 偿 带 来 了 这
～
敏 感 栅 材 料 的 电 阻温 度 系 数 。
根据 测 量 电 路 和 式 （ ） （ ） （ ） 容 易 得 到 ： １ ，２ ，３ 很
偿ຫໍສະໝຸດ Baidu系 数 ． 它 温 度 点 的 补 偿 系 数 通 过 线 性 插 值 得 到 ， 种 方 其 这
法 实 质 上 是 一 种 将 补 偿 系 数 分 段 线 性 化 来 拟 合 补 偿 系 数 的 非 线 性 曲线 的方 法 。因此 ， 做 到 较 高 的补 偿 精 度 比较 困难 。 要
压 力 的变 化 而变 化 ， ●会 随●土 度 的 升 高 而 增 大 。 还 ｖ ●温 ｝Ｔ ．
ｙ
图 １ 硅 压 阻式 传感 器 测量 电 路
Ｆ ｇ Ｓ ｌｃ ｎ ｐ ｅ ｏ ｅ ｉｔ ｅ ｓ ｎ ｏ ｔ ｒｎ ｉ ｕ ｔ ｉ ．１ ｉｉｏ ｉ ｚ ｒ ｓｓｉ ｅ ｓ ｒｍｅ ｅ ｉ ｇ ｃ ｒ ｉ ｖ ｃ
而Ｂ Ｐ神 经 网络 具 有 很 强 的 曲 线 拟 合 能 力 ， 以 利 用 Ｂ 可 Ｐ网 络
对 传 感 器 输 出值 进 行 处 理 ， 到 去 除 了温 度误 差 的 理 想 输 出 得 值 。但 是 ． 单 从 传 感 器 的输 出 很 难 判 断 哪 些 是 由输 入 压 力 单
向Ｂ Ｐ网络 引入 一 个 反 映 温 度 变 化 的 参 数 至 关 重 要 。 而 传 感
器 桥 路 电 压 可 以满 足 条 件 。 因此 ， 用 传 感 器 的 桥 路 电 压 和 利 未 经 温 度 补 偿 的 传 感 器 输 出一 起 作 为 神 经 网络 的输 入 。试 验
点 ， 对 它 进 行 补 偿 ， 先 必 须 找 到 一 个 能 够 反 映 温 度 变 化 要 首
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关 键 词 ： 度 补 偿 ； 压 阻 式 ； 感 器 ； Ｐ神 经 网络 ；电桥 温 硅 传 Ｂ 中 图分 类 号 ： Ｐ １ Ｔ ２２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１７ — ２ ６ ２ １ ）９ ０ ５ — ３ ６ ４ ６ ３ （０ １０ — １２ ０
第 ｌ ９卷 第 ９期
Ｖｏ ．９ １ １ Ｎｏ９ ．
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２ １ 年 ５月 ０１
Ｍａ ．２ １ ｙ ０１
基才 Ｂ Ｐ神 经 网络的一种 传感器 温度补偿 方 法
作 者 简 介 ： 潜 （９ ３ ） 男， 苏 常 熟人 ， 程 师 。研 究 方 向 ： 算 机 测 控 ， 代 测 控技 术 。 张 １７ 一 ， 江 工 计 现
－
１ － ５２
张 潜． 等 基 于 Ｂ Ｐ神 经 网络 的一种 传 感器 温度补偿 方法
组 成 ， 图 ｌ 示 ， 臂 电桥 中 的 ４个 电 阻 的 阻 值 不 仅 会 随 如 所 四
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一
差 降 低 到 ０２ ．％。
１ Ｂ Ｐ神 经 网 络 硅 压 阻式 传 感 器 温 度 补偿
１ ． 硅 压 阻 式 传 感 器 的 温 度 误 差 １
定 的 困 难 【］ 常 采 用 的 方 法 是 选 取 几 个 温 度 点 ， 得 补 ｌ 。常 － ３ 求
硅 压 阻 式 传 感 器 是 用 半 导 体 材 料 制 成 的 ． 半 导 体 材 料 而
对 温 度 很 敏感 。因此 ， 压 阻 式 传 感 器 的温 度 误 差 较 大 ． 且 硅 并 其 温 度 误 差 具 有 以下 特 点 ： 先 ， 相 同压 力 下 硅 压 阻 式 传 首 在 感 器 的 温 度 误 差 比其 他 材 料 传 感 器 的 要 大 ； 次 ， 的 温 度 其 它 误 差 是 非 线 性 的 ； 次 ， 进 行 温度 补 偿 的过 程 中 ， 难 区分 再 在 很 温 度 误 差 引 起 的 输 出 量 的 变 化 和 压 力 变 化 引 起 的 输 出 量 的
张 潜 ，武 强
（ 熟 市公 安 局 机 动 车检 测 站 江 苏 常 熟 ２ ５ ０ ） 常 １ ５０
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证 明 。构建 的 Ｂ Ｐ神 经 网络 能 够 使 传 感 器 的温 度 误 差 得 到 大 收 稿 日期 ：０ １ ０ — ６ ２ １— ２ １ 稿 件 编 号 ：０ １２ ２ ２ １０ ０ ２
硅 压 阻 式 传 感 器 的 测 量 电路 ， 由应 变 计 组 成 的 四臂 电 桥
假 设 温 度 为 幻时 ， ｌＲ ＝ ＝ ４Ｒ ， 温 度 、 力 发 生 变 Ｒ ＝ ２Ｒ３Ｒ＝ ０当 压 化 时 ， 电 阻 阻 值 可 以用 式 （ ） （ ） 示 ： 各 １ 、２ 表
Ｒｌ ３Ｒ ＋ Ｒ ＋ 。 ＝ ＝ ｏＡ Ｒ Ｒ ＝ ４Ｒ ＋ Ｒ 一 。 ２Ｒ ＝ ｏＡ △ Ｒ Ｒ ｃ Ｒ 广 如 （） １ （） ２ （） ３
其 中 ： ＿ 温 度 为 ｔ时 的 电 阻值 ； 『 ｏ 广 温度 变化 引起 的 电 阻变 化 ；
一
输 入 压 力 引起 的 电 阻 变 化 ；
．
（１ （ ａ ） ｋ 嚣 ） －
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（ ７ ）
（ ８ ）
广 温度 为 ｔ 的 电 阻值 ； － 时
所 引起 的 输 出 ， 些 是 由 』温 度 误 差 所 带 来 的 输 出嗍 哪 。所 以 ，
变 化 ； 外 ， 压 阻 传 感 器 的温 度误 差 有 很 大 的 分 散 性 ， 至 此 硅 甚
由 同一 制 造 商 提 供 的 同 一 型 号 传 感 器 的误 差 幅 度 彼 此 之 间 也 会 有 轻 微 的 差 异 。这 些 特 点 给 硅 压 阻 式 传 感 器 的温 度 误 差 补 偿 带 来 了一 定 的 困 难 。鉴 于 硅 压 阻 传 感 器 温 度 误 差 的 特
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中 占有 很 大 的 比重 ． 度 补 偿 的好 坏 直 接 影 响 着 传 感 器 的 总 温
精 度 。温 度 误 差 的 补 偿 方 法 有 很 多 种 ， 中软 件 补 偿 是 一 种 其 较 常 见 的 方 法 。 由于 传 感 器 的 温 度 误 差 是 一 种 非 线 性 误 差 ， 即 各 个 温 度 点 的 补 偿 系数 也 应 该 呈 非 线 性 ， 给 补 偿 带 来 了 这
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法 实 质 上 是 一 种 将 补 偿 系 数 分 段 线 性 化 来 拟 合 补 偿 系 数 的 非 线 性 曲线 的方 法 。因此 ， 做 到 较 高 的补 偿 精 度 比较 困难 。 要
压 力 的变 化 而变 化 ， ●会 随●土 度 的 升 高 而 增 大 。 还 ｖ ●温 ｝Ｔ ．
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图 １ 硅 压 阻式 传感 器 测量 电 路
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而Ｂ Ｐ神 经 网络 具 有 很 强 的 曲 线 拟 合 能 力 ， 以 利 用 Ｂ 可 Ｐ网 络
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向Ｂ Ｐ网络 引入 一 个 反 映 温 度 变 化 的 参 数 至 关 重 要 。 而 传 感
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