智能傳感器自補償多傳感信息融合量程增益

1、智能傳感器智能傳感器（intelligent sensor）是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機相結(jié)合的產(chǎn)物。一般智能機器人的感覺系統(tǒng)由多個傳感器集合而成，采集的信息需要計算機進行處理，而使用智能傳感器就可將信息分散處理，從而降低成本。與一般傳感器相比，智能傳感器具有以下三個優(yōu)點：通過軟件技術可實現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動化能力；功能多樣化。智能傳感器系統(tǒng)是一門現(xiàn)代綜合技術，是當今世界正在迅速發(fā)展的高新技術，至今還沒有形成規(guī)范化的定義。智能傳感器具有的功能：(1) 具有自校零、 自標定、 自校正功能

2、；(2) 具有自動補償功能；(3) 能夠自動采集數(shù)據(jù)， 并對數(shù)據(jù)進行預處理；(4) 能夠自動進行檢驗、 自選量程、 自尋故障；(5) 具有數(shù)據(jù)存儲、記憶與信息處理功能；(6) 具有雙向通訊、標準化數(shù)字輸出或者符號輸出功能；(7) 具有判斷、決策處理功能。智能傳感器的特點：(1) 提高了傳感器的精度；(2) 提高了傳感器的可靠性；(3) 提高了傳感器的性能價格比；(4) 促成了傳感器多功能化1。智能傳感器的應用方向：智能傳感器已廣泛應用于航天、航空、國防、科技和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領域中。例如，它在機器人領域中有著廣闊應用前景，智能傳感器使機器人具有類人的五官和大腦功能，可感知各種現(xiàn)象，完成各種動作

3、。在工業(yè)生產(chǎn)中，利用傳統(tǒng)的傳感器無法對某些產(chǎn)品質(zhì)量指標（例如，黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等）進行快速直接測量并在線控制。而利用智能傳感器可直接測量與產(chǎn)品質(zhì)量指標有函數(shù)關系的生產(chǎn)過程中的某些量（如溫度、壓力、流量等），利用神經(jīng)網(wǎng)絡或?qū)＜蚁到y(tǒng)技術建立的數(shù)學模型進行計算，可推斷出產(chǎn)品的質(zhì)量。本文主要針對傳感器的自增益、多傳感信息融合技術、和自選量程與增益調(diào)整的技術及其應用等方面進行論述。分別位于第一二三章。第一章自補償1.1自補償技術簡介帶有自補償技術的傳感器是智能傳感器中的一種，目前國內(nèi)外學者普遍認為，智能傳感器是由傳統(tǒng)的傳感器和微處理器（或微計算機）相結(jié)合而構成的，它充分利用微處理

4、器的計算和存儲能力，對傳感器的數(shù)據(jù)進行處理，并能對它的內(nèi)部行為進行調(diào)節(jié)，使采集的數(shù)據(jù)最佳。本章主要討論的是自補償技術，傳感器的自補償技術主要是為了消除因工作條件、環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化后引起系統(tǒng)特性的漂移，如溫度變化引起的零點漂移、靈敏度溫度漂移等。另外一個重要目的是改善傳感器系統(tǒng)的動態(tài)特性，使其頻率響應特性向更高或更低頻段擴展。通過自補償技術可改善傳感器系統(tǒng)的動態(tài)性能，使其頻率響應向更高或更低頻段擴展。在不能進行完善的實時自校準的情況下，可采用補償法消除因工作條件、環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化后引起系統(tǒng)特性的漂移，如零點漂移、靈敏度溫度漂移等。自補償與信息融合技術有一定程度的交疊，信息融合有更深更廣的內(nèi)涵。1

5、.2自補償技術的原理常用的補償技術有溫度補償，頻率補償，本論文主要討論溫度補償。溫度是傳感器系統(tǒng)最主要的干擾量，在經(jīng)典傳感器種主要采用結(jié)構對稱（機械結(jié)構對稱、電路結(jié)構對稱）來消除其影響，在智能傳感器的初級形式中，也有采用硬件電路來實現(xiàn)補償?shù)?，但補償效果不能滿足實際測量的要求。在傳感器與微處理器/微計算機相結(jié)合的智能傳感器系統(tǒng)中，則是采用監(jiān)測補償法，它是通過對干擾量的監(jiān)測再由軟件來實現(xiàn)補償?shù)?。一般情況下，對應不同的工作溫度，傳感器有不同的輸入（Y）輸出（U）特性。如果能夠確定工作溫度為T時相應的YU特性，并按其反非線性特性讀取被測量，Y就從原理上就能消除溫度引入的誤差。但通過標定實驗只能在有限

6、數(shù)量的幾個溫度值條件下標定輸入輸出特性，而在前面可知輸入Y與輸出U之間通常存在非線性，可以利用分段插值線性插值法確定在工作溫度范圍內(nèi)非標定條件下任一溫度T狀態(tài)的輸入（Y）輸出（U）特性。具體步驟如下：一、進行標定實驗，獲得不同溫度下的實驗數(shù)據(jù)設在不同溫度Ti(i=1,2,3k)下測得下列數(shù)值：T1, T2, T= TkY10, Y11, Y1m, Yk0 Yk1Ykmu10, u11, u1m, uk0uk1ukm式中 yij溫度Ti時第j次輸入傳感器的被測物理量；uij溫度Ti時第j次測得的傳感器輸出電壓。二、確定不同溫度下的輸入輸出擬合多項式系數(shù)，獲得擬合曲線將不同工作溫度T下獲得的輸入輸

7、出特性用一維多項式方程表示為：通常，n1=n2=nk=n利用標定實驗數(shù)據(jù)即可得到各溫度下傳感器靜態(tài)輸入輸出特性的擬合多項式的系數(shù)ai。值得注意的是，這些系數(shù)ai是隨溫度T而變化的，且變化的規(guī)律通常不是線性的，此時可以用曲線擬合的方法，也可以用分段插值的方法確定。三、分段插值，求取非標定溫度下的輸出值將a0、a1ak和以上多項式的計算程序?qū)懭雰?nèi)存，按照圖2-1所示流程進行溫度補償，即由輸入的T和u查找和計算y值，采用的是分段線性插值法，只要K足夠大，其誤差就足夠小。圖1-1溫度補償流程圖1.3、自補償?shù)募夹g的應用 現(xiàn)以壓力傳感器的溫度補償為例來說明溫度補償?shù)墓ぷ髟砗蛯崿F(xiàn)。壓力傳感器是工程中常用

8、的測量器件，由于溫度的影響，其零點經(jīng)常會發(fā)生漂移，因此需要對它進行溫度補償。利用單片機控制的具有溫度補償功能的壓力傳感器可以直接數(shù)字顯示測量結(jié)果，具有良好的應用前景。一、 壓力傳感器的溫度補償原理由于溫度的影響，壓力傳感器經(jīng)常會發(fā)生零漂移，造成測量上的誤差。傳統(tǒng)的解決方法是盡可能保持溫度的恒定，并采用熱敏電阻給予溫度補償。但從實際工況出發(fā)，保持恒溫不易做到，而電阻補償方法操作過于繁復，給調(diào)試工作帶來諸多困難。此外，由于壓力傳感器的四個橋臂的應力變化不盡相同，零點調(diào)節(jié)難以實現(xiàn)。由單片機控制的具有溫度補償功能的壓力傳感器，具有操作簡便，誤差小，精度高等特點，并可直接數(shù)字顯示測量結(jié)果。壓力傳感器的測

9、量原理如圖所示，四個橋臂電阻值R均隨壓力變化而改變3。圖3-1 壓力傳感器測量原理圖正常情況下，壓力為零時，傳感器輸出電壓U。應為零；當溫度發(fā)生變化，由于四個橋臂上的電阻變化值有可能不同，使壓力傳感器的零點發(fā)生漂移（即在壓力為零時，傳感器輸出電壓U。不為零）。傳統(tǒng)的解決方法是在其中一個或兩個臂上并聯(lián)熱敏電阻。但由于熱敏電阻的特性所致，不可能做到完全補償，使測量結(jié)果存在較大的測量誤差。此外，器件固有的不穩(wěn)定性，常導致已經(jīng)調(diào)整平衡的系統(tǒng)由于稍微的一點變化，不得不重新調(diào)整測量，費力費時，達不到預期效果。這里介紹的單片機智能控制系統(tǒng)，摒棄了傳統(tǒng)的補償方式，轉(zhuǎn)而尋求一種以軟件取代熱敏電阻進行溫度補償?shù)男?/p>

10、途徑。系統(tǒng)中沒有對因溫度變化而改變的電阻進行補償，而是將傳感器的輸出電壓U。"減去其零點溫漂電壓Ut，以此作為輸出結(jié)果：U。=Us-Ut。本過程完全由軟件控制完成，中間無需人工干預，并且可對壓力傳感器進行即時零點校準，以消除時間或環(huán)境對壓力傳感器參數(shù)變化的影響。二、壓力傳感器溫度補償?shù)膶崿F(xiàn)本系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，系統(tǒng)硬件主要包括四大部分，即壓力傳感器及其放大部分、溫度傳感器及其放大部分、A/D轉(zhuǎn)換部分、單片機計算及顯示小系統(tǒng)，具體原理框圖如圖1-2 所示。1-2壓力傳感器溫度補償原理框圖（1）壓力傳感器、溫度傳感器及其放大部分在實際應用中，需將壓力傳感器和溫度傳感器近距離放置以

11、保持溫度一致。兩個傳感器通過兩路放大電路并經(jīng)過開關轉(zhuǎn)換連接到A/D 轉(zhuǎn)換電路上，放大器采用集成運放，用放大環(huán)節(jié)保持良好線性。適當選擇兩個放大器倍數(shù)K=R2/R1*，使其輸出電壓Uo 滿足A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入要求并保持在量程范圍之內(nèi)。具體電路如圖1-3所示。1-3壓力傳感器、溫度傳感器及其放大電路(2) A/D轉(zhuǎn)換和顯示部分采用AD574芯片（12位），轉(zhuǎn)換精度高，轉(zhuǎn)換速度快，完全能夠滿足要求，單片機選用STC89C52RC主處理芯片，將采集到的數(shù)據(jù)進行運算后送到上位機顯示，最后得出準確的測量值。（3）溫度補償?shù)能浖崿F(xiàn)本系統(tǒng)最大的特點是用軟件來代替硬件實現(xiàn)壓力傳感器的溫度補償。以往的硬件補償方

12、法需要對電路反復進行調(diào)試，但仍然無法做到溫度發(fā)生變化時不產(chǎn)生零點漂移。本系統(tǒng)采用軟件補償方法，測量出該壓力傳感器在壓力為零時的輸出值Uo，并用該值減去Ut，得到補償后的輸出電壓。該電壓僅與壓力有關，經(jīng)標度變換，送到上位加以顯示。其軟件流程如圖1-4所示。1-4 軟件流程圖第二章 多傳感信息融合息融合技術2.1信息融合技術的概念 傳感器信息融合又稱數(shù)據(jù)融合，是對多種信息的獲取、表示及其內(nèi)在聯(lián)系進行綜合處理和優(yōu)化的技術。傳感器信息融合技術從多信息的視角進行處理及綜合，得到各種信息的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，從而剔除無用的和錯誤的信息，保留正確的和有用的成分，最終實現(xiàn)信息的優(yōu)化。它也為智能信息處理技術的研究提

13、供了新的觀念4。 多傳感信息信息融合技術將經(jīng)過集成處理的多傳感器信息進行合成，形成一種對外部環(huán)境或被測對象某一特征的表達方式。單一傳感器只能獲得環(huán)境或被測對象的部分信息段，而多傳感器信息經(jīng)過融合后能夠完善地、準確地反映環(huán)境的特征。經(jīng)過融合后的傳感器信息具有以下特征：信息冗余性、信息互補性、信息實時性、信息獲取的低成本性。2.2信息融合技術技術的結(jié)構信息融合的結(jié)構分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種 如下圖所示 圖2-1串聯(lián)結(jié)構（左）并聯(lián)結(jié)構（右）圖中，C1，C2，Cn表示n個傳感器；S1,S2,，Sn表示來自各個傳感器信息融合中心的數(shù)據(jù)；y1，y2，yn表示融合中心。 2.3信息融合技術的一般方法嵌入約束法 傳

14、感器所獲得的客觀環(huán)境(即被測對象)的多組數(shù)據(jù)就是客觀環(huán)境按照某種映射關系形成的像，信息融合就是通過像求解原像，即對客觀環(huán)境加以了解。用數(shù)學語言描述就是，所有傳感器的全部信息，也只能描述環(huán)境的某些方面的特征，而具有這些特征的環(huán)境卻有很多，要使一組數(shù)據(jù)對應惟一的環(huán)境(即上述映射為一一映射)，就必須對映射的原像和映射本身加約束條件，使問題能有惟一的解4。嵌入約束法最基本的方法：Bayes估計和卡爾曼濾波。一.Bayes估計Bayes估計是融合靜態(tài)環(huán)境中多傳感器低層數(shù)據(jù)的一種常用方法。其信息描述為概率分布，適用于具有可加高斯噪聲的不確定性信息。假定完成任務所需的有關環(huán)境的特征物用向量f表示，通過傳感器

15、獲得的數(shù)據(jù)信息用向量d來表示，d和f都可看作是隨機向量。信息融合的任務就是由數(shù)據(jù)d推導和估計環(huán)境f。假設p(f，d)為隨機向量f和d的聯(lián)合概率分布密度函數(shù)，則 （2-1）式中，p(f|d)表示在已知d的條件下，f關于d的條件概率密度函數(shù)；p(f|d)表示在已知f 的條件下，d關于f的條件概率密度函數(shù)；p(d)和p(f)分別表示d和f的邊緣分布密度函數(shù)。已知d時，要推斷f，只須掌握p(f|d)即可，即 （2-2）上式為概率論中的Bayes公式，是嵌入約束法的核心。信息融合通過數(shù)據(jù)信息d做出對環(huán)境f的推斷，即求解p(f|d)。由Bayes公式知，只須知道p(f|d)和p(f)即可。因為p(d)可看

16、作是使p(f|d)p(f)成為概率密度函數(shù)的歸一化常數(shù)，p(d|f)是在已知客觀環(huán)境變量f的情況下，傳感器得到的d關于f的條件密度。當環(huán)境情況和傳感器性能已知時，p(f|d)由決定環(huán)境和傳感器原理的物理規(guī)律完全確定。而p(f)可通過先驗知識的獲取和積累，逐步漸近準確地得到，因此，一般總能對p(f)有較好的近似描述5。在嵌入約束法中，反映客觀環(huán)境和傳感器性能與原理的各種約束條件主要體現(xiàn)在p(f|d) 中，而反映主觀經(jīng)驗知識的各種約束條件主要體現(xiàn)在p(f)中。二.卡爾曼濾波(KF)用于實時融合動態(tài)的低層次冗余傳感器數(shù)據(jù)，該方法用測量模型的統(tǒng)計特性，遞推決定統(tǒng)計意義下最優(yōu)融合數(shù)據(jù)合計。如果系統(tǒng)具有線

17、性動力學模型，且系統(tǒng)噪聲和傳感器噪聲可用高斯分布的白噪聲模型來表示，KF為融合數(shù)據(jù)提供惟一的統(tǒng)計意義下的最優(yōu)估計，KF的遞推特性使系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理不需大量的數(shù)據(jù)存儲和計算。KF分為分散卡爾曼濾波(DKF)和擴展卡爾曼濾波(EKF)。DKF可實現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)融合完全分散化，其優(yōu)點：每個傳感器節(jié)點失效不會導致整個系統(tǒng)失效。而EKF的優(yōu)點：可有效克服數(shù)據(jù)處理不穩(wěn)定性或系統(tǒng)模型線性程度的誤差對融合過程產(chǎn)生的影響。嵌入約束法傳感器信息融合的最基本方法之一，其缺點：需要對多源數(shù)據(jù)的整體物理規(guī)律有較好的了解，才能準確地獲得p(d|f)，但需要預知先驗分布p(f)。、證據(jù)組合法證據(jù)組合法認為完成某項智能任務是依據(jù)

18、有關環(huán)境某方面的信息做出幾種可能的決策，而多傳感器數(shù)據(jù)信息在一定程度上反映環(huán)境這方面的情況。因此，分析每一數(shù)據(jù)作為支持某種決策證據(jù)的支持程度，并將不同傳感器數(shù)據(jù)的支持程度進行組合，即證據(jù)組合，分析得出現(xiàn)有組合證據(jù)支持程度最大的決策作為信息融合的結(jié)果6。證據(jù)組合法是對完成某一任務的需要而處理多種傳感器的數(shù)據(jù)信息，完成某項智能任務，實際是做出某項行動決策。它先對單個傳感器數(shù)據(jù)信息每種可能決策的支持程度給出度量(即數(shù)據(jù)信息作為證據(jù)對決策的支持程度)，再尋找一種證據(jù)組合方法或規(guī)則，在已知兩個不同傳感器數(shù)據(jù)(即證據(jù))對決策的分別支持程度時，通過反復運用組合規(guī)則，最終得出全體數(shù)據(jù)信息的聯(lián)合體對某決策總的支

19、持程度。得到最大證據(jù)支持決策，即信息融合的結(jié)果。利用證據(jù)組合進行數(shù)據(jù)融合的關鍵在于：選擇合適的數(shù)學方法描述證據(jù)、決策和支持程度等概念。建立快速、可靠并且便于實現(xiàn)的通用證據(jù)組合算法結(jié)構。、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法通過模仿人腦的結(jié)構和工作原理，設計和建立相應的機器和模型并完成一定的智能任務。神經(jīng)網(wǎng)絡根據(jù)當前系統(tǒng)所接收到的樣本的相似性，確定分類標準。這種確定方法主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡權值分布上，同時可采用神經(jīng)網(wǎng)絡特定的學習算法來獲取知識，得到不確定性推理機制7。神經(jīng)網(wǎng)絡多傳感器信息融合的實現(xiàn)，分三個重要步驟：（1）根據(jù)智能系統(tǒng)要求及傳感器信息融合的形式，選擇其拓撲結(jié)構；（2）各傳感器的輸入信息綜合處理為一總體輸入函數(shù)

20、，并將此函數(shù)映射定義為相關單元的映射函數(shù),通過神經(jīng)網(wǎng)絡與環(huán)境的交互作用把環(huán)境的統(tǒng)計規(guī)律反映網(wǎng)絡本身結(jié)構；（3）對傳感器輸出信息進行學習、理解，確定權值的分配，完成知識獲取信息融合，進而對輸入模式做出解釋，將輸入數(shù)據(jù)向量轉(zhuǎn)換成高層邏輯(符號)概念?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡的傳感器信息融合特點：具有統(tǒng)一的內(nèi)部知識表示形式，通過學習算法可將網(wǎng)絡獲得的傳感器信息進行融合，獲得相應網(wǎng)絡的參數(shù)，并且可將知識規(guī)則轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，便于建立知識庫；利用外部環(huán)境的信息，便于實現(xiàn)知識自動獲取及并行聯(lián)想推理；能夠?qū)⒉淮_定環(huán)境的復雜關系，經(jīng)過學習推理，融合為系統(tǒng)能理解的準確信號；由于神經(jīng)網(wǎng)絡具有大規(guī)模并行處理信息能力，使得系統(tǒng)信息

21、處理速度很快。2.4、多傳感器信息融合的實例多傳感器信息融合技術主要的應用領域有：工業(yè)過程監(jiān)視及工業(yè)機器人；遙感與金融系統(tǒng)；空中交通管制與病人照顧系統(tǒng)；船舶避碰與交通管制系統(tǒng)；生物特征的身份識別；采用多傳感器的自主式武器系統(tǒng)和自備式運載器；采用多傳感器進行截獲、跟蹤和指揮制導的火控系統(tǒng)等方面可以說有及其廣泛的應用。以工業(yè)機器人為例簡介信息融合技術的應用圖2-2自主裝配機器人在這套系統(tǒng)中機器人系統(tǒng)融合了視覺信號信息、距離信息、力學信息、觸覺信息等信息完成了只能機器人裝配系統(tǒng)。信息融合技術有效的去協(xié)調(diào)這些信息中的有用信息，提高了空間的分辨力，增加了系統(tǒng)的測量維數(shù)，降低了信息的模糊度、增加了系統(tǒng)的可

22、信度。目前的控制技術，已從程序控制進入了建立在信息融合基礎上的智能控制。智能控制系統(tǒng)不僅用于軍事，還應用于工廠企業(yè)的生產(chǎn)過程控制和產(chǎn)供銷管理、城市建設規(guī)劃、道路交通管理、商業(yè)管理、金融管理與預測、地質(zhì)礦產(chǎn)資源管理、環(huán)境監(jiān)測與保護、糧食作物生長監(jiān)測、災害性天氣預報及防治等涉及宏觀、微觀和社會的各行各業(yè)7。第三章 自選量程與增益調(diào)整人們在應用傳感器的時候總是喜歡將測量信號轉(zhuǎn)換為電信號進行處理。在測量時存在被測信號的范圍比較大，為了提高測量精度總是希望測量儀器即傳感器系統(tǒng)能夠具有自動切換量程的能力。在進行非電信號到電信號和電信號的放大轉(zhuǎn)換過程中總是希望信號的增益能自動調(diào)整，以獲得理想的結(jié)果便于后續(xù)的

23、信號處理。本章主要針對自選量程和增益調(diào)整進行說明。3.1自選量程自選量程在傳感器的信號處理過程中有重要的作用。自選量程能夠提大大高信號提取和處理的精度?，F(xiàn)在很少有傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)自選量程這個目標。自選量程的實現(xiàn)一般都是通過軟件編程來實現(xiàn)的。下面以能夠?qū)崿F(xiàn)自選量程的數(shù)字頻率計的設計進行說明。這種設計方法是通過對單片機軟件編程實現(xiàn)的8。 在使用定時方法實現(xiàn)頻率測量時，這時外部的待測信號通過頻率計的予處理電路變成寬度等于待測信號周期的方波，該方波同樣加定時/計數(shù)器的輸入腳。這時頻率計的工作過程為：首先定時/計數(shù)器的計數(shù)寄存器清0，然后檢查方波高電平 是否加至定時/計數(shù)器的輸入腳；當

24、判定高電平加至定時/計數(shù)器的輸入腳，運行控制為TR置1，啟動定時/計數(shù)器對單片機的及其周期的計數(shù)，同時檢測方波高電平是否結(jié)束；當判定高電平結(jié)束時TR置0，停止計數(shù)，然后從計數(shù)寄存器讀出測量數(shù)據(jù)，在完成數(shù)據(jù)處理后，由顯示電路顯示測量結(jié)果。測量結(jié)果的顯示格式采用科學計數(shù)法，即有效數(shù)字乘以10為底的冪。這里設計的頻率計用5位數(shù)碼管顯示測量結(jié)果：前3位為測量結(jié)果的有效數(shù)字；第4位為指數(shù)的符號；第5位為指數(shù)的值。采用這種顯示格式既保證了測量結(jié)果的顯示精度，由保證了測量結(jié)果的顯示范圍（0.100Hz9.99MHz）。量程自動轉(zhuǎn)換的過程由頻率計測量量程的高端開始。由于只顯示3位有效數(shù)字，在測量量程的高端計數(shù)

25、閘門不需要太寬，例如在頻率范圍，計數(shù)閘門寬度為10mS即可。頻率計每個工作循環(huán)開始時使用計數(shù)方法實現(xiàn)頻率測量，并是計數(shù)閘門寬度為最窄，完成測量后判斷測量結(jié)果是否具有3位有效數(shù)字，如果成立，將結(jié)果送去顯示，本工作循環(huán)結(jié)束；否則將計數(shù)閘門寬度擴大10倍，繼續(xù)進行測量判斷，直到計數(shù)閘門寬度達到1s，這時對應的頻率測量范圍為100Hz-999Hz。如果測量結(jié)果仍不具有3位有效數(shù)字，頻率計則使用定時方法實現(xiàn)頻率測量。定時方法測量的是待測信號的周期，這種方法只設一種量程，測量結(jié)果通過浮點運算模塊將信號周期轉(zhuǎn)換成對應的頻率值，再將結(jié)果送去顯示，這樣無論采用何種方式，只要完成一次測量即可，頻率計自動開始下一個

26、測量循環(huán)。因此該頻率計具有連續(xù)測量的功能，同時實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換9。3.2增益調(diào)整在目前的傳感器信號處理的過程中主要針對電信號進行增益調(diào)整。由于電信號存在幅值和頻率信息的變化范圍大的特點，因此總希望能夠設計一種自動調(diào)節(jié)增益的放大器。下面以自動增益控制電路為例對增益調(diào)整進行進行說明。自動增益控制電路已廣泛用于各種接收機、錄音機和信號采集系統(tǒng)中，另外在光纖通信、微波通信、衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)以及雷達、廣播電視系統(tǒng)中也得到了廣泛的應用10。在接收機中，為了防止強信號引起的過載，需要增大接收機的動態(tài)范圍，這就要有增益控制電路。能夠使放大電路的增益自動地隨信號強度而調(diào)整的控制電路，簡稱自動增益控制AGC

27、(Automatic Gain Control)電路，它能夠在輸入信號幅度變化很大的情況下，使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化，不至于因為輸入信號太小而無法正常工作，也不至于因為輸入信號太大而使接收機發(fā)生飽和或堵塞。常用來使系統(tǒng)的輸出電平保持在一定范圍之內(nèi)，因而也可以稱為自動電平控制。自動增益控制的原理：自動增益控制電路的作用是：當輸入信號電壓變化很大時，保持接收機輸出電壓恒定或基本不變。具體地說，當輸入信號很弱時，接收機的增益大，自動增益控制電路不起作用；當輸入信號很強時，自動增益控制電路進行控制，使接收機的增益減小。這樣，當接收信號強度變化時，接收機的輸出端的電壓或功率基本不變或保

28、持恒定。因此對AGC電路的要求是：在輸入信號較小時，AGC電路不起作用，只有當輸入信號增大到一定程度后，AGC電路才起控制作用，使增益隨輸入信號的增大而減少。     為實現(xiàn)上述要求，必須有一個能隨外來信號強弱而變化的控制電壓或電流信號，利用這個信號對放大器的增益自動進行控制。由上述分析可知，調(diào)幅中頻信號經(jīng)幅度檢波后，在它的輸出中除音頻信號外，還含有直流分量。直流分量大小與中頻載波的振幅成正比，也即與外來高頻信號成正比。因此，可將檢波器輸出的直流分量作為AGC控制信號。AGC電路工作原理：可以分為增益受控放大電路和控制電壓形成電路。增益受控放大電路位于正

29、向放大通路，其增益隨控制電壓U0而改變?？刂齐妷盒纬呻娐返幕静考茿GC整流器和低通平滑濾波器，有時也包含門電路和直流放大器等部件。目前,實現(xiàn)自動增益控制的手段很多,典型的有壓控放大器,也就是本文所要研究的自動增益控制放大器。它是通過調(diào)整放大器一個控制端的電壓,就可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)這個放大器的增益。因此,我們就可以通過反饋電路采集輸出端的電壓,通過調(diào)整網(wǎng)絡后(調(diào)整網(wǎng)絡的功能就是規(guī)定的調(diào)整策略)加到放大器的控制端.就可以實現(xiàn)自動增益控制。自動增益控制放大器的設計如果設計一個應用于音頻放大的前級放大器。因此設計的電路需容納的頻帶范圍應較寬，以至于使語音信號通過。由于語音信號的頻帶范圍為300hz-3400hz,所以該電路所應設計的頻帶范圍應在300hz-3400hz之間，并且電路應該實現(xiàn)增益的閉環(huán)調(diào)節(jié)，通過此電路可以實現(xiàn)增益的自動調(diào)整，以至于使音頻信號強時自動減小放大器的倍數(shù)，信號弱時自動增大放大器的倍數(shù)，從而實現(xiàn)音量的自動調(diào)節(jié)11。相應的實現(xiàn)電路如下圖所示：圖3-1自動增益控制放大器電路設計圖從圖中可以看出，此方案是通過兩級放大器的級聯(lián)來控制自動增益調(diào)節(jié)的。此圖采用了AD603來實現(xiàn)自動增