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近年來(lái)，我國(guó)衡器行業(yè)的數(shù)字式稱(chēng)重傳感器的應(yīng)用發(fā)展較快，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)。不少企業(yè)把稱(chēng)重系統(tǒng)中原本放在稱(chēng)重儀表內(nèi)的放大與A/D電路，前置于稱(chēng)重傳感器罩殼內(nèi)或接線盒內(nèi)就稱(chēng)其為智能化

數(shù)字式稱(chēng)重傳感器。 其實(shí)，筆者認(rèn)為這充其量只能稱(chēng)為前置轉(zhuǎn)換式的稱(chēng)重傳感器，當(dāng)然也可以稱(chēng)為“數(shù)字化稱(chēng)重傳感器”。 在本文的論述中，稱(chēng)其為初始階段的“數(shù)字化稱(chēng)重傳感器”，但是決不能稱(chēng)其為“數(shù)字式智能化稱(chēng)重傳感器”。為了更好地幫大家理清相關(guān)發(fā)展脈絡(luò)，本文就數(shù)字式智能化稱(chēng)重傳感器功能演變過(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(chēng)重系統(tǒng)的智能化應(yīng)用的演變，進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述。

一、初始階段的數(shù)字化稱(chēng)重傳感器

傳統(tǒng)模擬式稱(chēng)重傳感器的電阻應(yīng)變轉(zhuǎn)換原理決定了其固有的一些缺點(diǎn)（如輸出模擬信號(hào)小、傳輸距離短、抗干擾能力差、安裝調(diào)試不方便等）。 因此，早在20世紀(jì)80年代就引起了人們對(duì)模擬式稱(chēng)重傳感器缺點(diǎn)的重視，在不改變電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器稱(chēng)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(chēng)重傳感器制造商推出了第一代“數(shù)字化稱(chēng)重傳感器”，即把原本放在稱(chēng)重儀表內(nèi)的放大與A/D電路， 置于稱(chēng)重傳感器罩殼內(nèi)或附近的接線盒內(nèi)。 其基本配置如下：

模擬式傳感器+數(shù)字變送 （放大與A/D電路）=初始階段的數(shù)字化傳感器上述傳感器

由于輸出的是數(shù)字信號(hào)，因此克服了模擬式稱(chēng)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)，都受其本身的制造、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(lèi)型。此類(lèi)傳感器沒(méi)有突破原功能。當(dāng)然，要做到第一代“數(shù)字化稱(chēng)重傳感器”也不容易。 因?yàn)?，首先要保證所設(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，一些制造商的產(chǎn)品在局部的功能上有所提高。但總體上仍屬于第一代“數(shù)字化稱(chēng)重傳感器”。 此類(lèi)傳感器比較有代表性的還可以分成以下3種形式：

第一種，以國(guó)內(nèi)制造商早期產(chǎn)品為代表，稱(chēng)之為第一代初級(jí)“數(shù)字化稱(chēng)重傳感器”，僅把原本放在稱(chēng)重儀表內(nèi)的放大與A/D電路， 置于稱(chēng)重傳感器罩殼內(nèi)或附近的接線盒內(nèi)，完全沒(méi)有突破原有的傳感器的力學(xué)與溫度指標(biāo)。 此類(lèi)傳感器的數(shù)字變送電路一般分辨力可達(dá)到60000內(nèi)碼， 采樣速率可達(dá)到50次/s， 溫度漂移可達(dá)到200×10-6/10℃，而時(shí)漂指標(biāo)一般不確定。

第二種， 以德國(guó)HBM公司C16i數(shù)字傳感器為代表，稱(chēng)之為第一代高級(jí)“數(shù)字化稱(chēng)重傳感器”。此類(lèi)傳感器與第一種傳感器的最大區(qū)別是改善了傳感器的局部功能，數(shù)字變送電路的分辨力可達(dá)到100萬(wàn)內(nèi)碼， 采樣速率可達(dá)到100次/s，溫度漂移可做到100×10-6/10℃。 據(jù)說(shuō)時(shí)間漂移也可做到100×10-6/年。 但其最大缺點(diǎn)是不能改變傳感器本身傳統(tǒng)的制造、補(bǔ)償、調(diào)整工藝所決定的力學(xué)與溫度指標(biāo)，僅增加了線性補(bǔ)償功能。也就是說(shuō)，如果傳感器本身的力學(xué)與溫度指標(biāo)不好，同樣不能提高傳感器綜合性能指標(biāo)。

第三種， 分離型模塊化數(shù)字傳感器， 以美國(guó)SEN-SORTRONICS公司于1992年推出的產(chǎn)品為代表，用以取代早期推出的第一代初級(jí)整體型數(shù)字傳感器。模塊化數(shù)字傳感器是將原先在傳感器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換電路移至接線盒內(nèi)， 通常將具有A/D轉(zhuǎn)換模塊的接線盒稱(chēng)為數(shù)字接線盒，再將數(shù)字接線盒輸出的數(shù)字信號(hào)傳遞給顯示控制器。

總之，本階段的數(shù)字化稱(chēng)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(chēng)重儀表內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換電路移至傳感器內(nèi)或接線盒內(nèi)，實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重?cái)?shù)字信號(hào)的傳送。

二、第二階段數(shù)字式智能化稱(chēng)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)解決呢？ 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。這樣可以使傳感器本身的制作工藝變得極其簡(jiǎn)單， 既不需要把大量的精力花在精細(xì)的制作工藝上，又可以大大提高傳感器彈性體與貼片的合格率。 當(dāng)然，由于要完成上述的各種軟件補(bǔ)償， 需要建立各種數(shù)學(xué)模型，需要龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)支撐。 沒(méi)有大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是不可能完成的。 其基本配置如下：

模擬式傳感器+數(shù)字變送 （放大與A/D電路）+傳感器軟件智能化補(bǔ)償=第二階段數(shù)字式智能化傳感器

該類(lèi)傳感器的數(shù)字變送部分包括放大、濾波、A/D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；并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷與校正。

此類(lèi)傳感器較為典型的代表就是美國(guó)TOLEDO公司的數(shù)字傳感器技術(shù)。其核心是傳感器軟件智能化補(bǔ)償技術(shù)。 這種傳感器據(jù)說(shuō)采用了模糊數(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(chēng)重傳感器中繁瑣的模擬補(bǔ)償方法。此類(lèi)傳感器已具備了數(shù)字補(bǔ)償智能化技術(shù)的基本要求。

一種采用神經(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)傳感器橋臂之間的特性差異所造成的測(cè)量誤差影響。 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，又提高了其靜態(tài)特性。

目前，國(guó)內(nèi)稱(chēng)重傳感器非線性主要依靠彈性體本身制造、補(bǔ)償、調(diào)整工藝來(lái)解決。 而一種利用BP軟件算法具有的非線性映射能力對(duì)傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入-輸出特性的反非線性逼近，將其作為智能傳感器系統(tǒng)的非線性校正軟件，使傳感器在該軟件的支持下提高測(cè)量準(zhǔn)確度。 將傳感器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，據(jù)介紹此方法可降低測(cè)量相對(duì)誤差。

這種智能傳感器數(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。

三、第三階段數(shù)字智能化稱(chēng)重傳感器

嚴(yán)格意義上講，數(shù)字智能化稱(chēng)重傳感器的智能化功能不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(chēng)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)揮得淋漓盡致又提到了議事日程。為此適用于不同領(lǐng)域的真正意義上的“數(shù)字智能化稱(chēng)重傳感器”應(yīng)運(yùn)而生。

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