本文以研究地磅中的數(shù)字式稱重傳感器為核心，總結歸納了它的演變過程，分析了數(shù)字式稱重傳感器的最新發(fā)展 趨勢，進而促進此類產(chǎn)品在更多領域的應用。

0.引言

我國地磅行業(yè)的數(shù)字式稱重傳感器的應用發(fā)展之快使 得一些獨具遠見的外資企業(yè)與國內(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。在本文中，對數(shù)字式智能 化稱重傳感器的功能演變過程，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償與校正、再到第三階段的稱重 系統(tǒng)的智能化應用的演變，進行了簡單概括的論述。

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變轉(zhuǎn)換原理決 定了其固有的輸出模擬信號小、傳輸距離短、抗干擾能力差、 安裝調(diào)試不方便等缺點。因此，早在二十世紀八十年代就引 起了人們對模擬式稱重傳感器缺點的重視，在不改變電阻應 變式稱重傳感器稱重機理的基礎上，使上述缺點變?yōu)閮?yōu)點。 為此國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，因此克服了模擬式 稱重傳感器的信號小、傳輸距離短、抗干擾能力差等缺點。但 是其各項傳感器的性能指標都是以本身的制造、補償、調(diào)整 工藝所決定。也就是說，如果傳感器本身的制造、補償、調(diào)整 工藝不過關，要靠數(shù)字變送來提高或補償整個傳感器的力學 與溫度指標(注意不是數(shù)字變送電路本身的溫度指標）是不 可能的。目前國內(nèi)眾多的外資企業(yè)制造商與國內(nèi)企業(yè)制造商 主推的產(chǎn)品都屬于此類型，此類傳感器沒有突破原功能。要 做到第一代“數(shù)字化稱重傳感器”的難點在于必須要保證所 設計和選用的數(shù)字變送電路及器件不能降低整個傳感器的 力學與溫度指標，也就是說必須使數(shù)字變送電路本身的溫漂 和時漂不影響傳感器本身的制造、補償、調(diào)整工藝所決定的 力學與溫度指標。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是不改變傳感器 本身傳統(tǒng)的制造、補償、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)，實現(xiàn)稱重數(shù)字信號 的傳送。

2.數(shù)字式智能化稱重傳感器

隨著計算機軟件技術的發(fā)展，人們設想傳感器本身的缺 陷是否可以通過軟件技術來解決，也就是說由計算機軟件來 完成傳感器的諸如零點補償、溫度補償、線性補償、滯后補 償、蠕變與恢復補償?shù)葞缀跞康难a償工藝。這樣可以使得 傳感器本身的制作工藝變得極其簡單，不需要把大量的精力 花在精細的制作工藝上，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。通過數(shù)字補償電路和數(shù)字補償工 藝，可進行線性、滯后、蠕變等補償；內(nèi)裝溫度傳感器，通過補 償軟件可進行實時溫度補償;地址可調(diào)，便于應用與互換;遠 程診斷與校正。

第一，此類傳感器技術的核心是軟件智能化補償，采用模糊數(shù)學、人工智能等方面的理論，用合理數(shù)據(jù)處理方法實 現(xiàn)傳感器誤差的數(shù)字補償，避免了傳統(tǒng)稱重傳感器中繁瑣的 模擬補償方法，具備了數(shù)字補償智能化技術的基本要求。第 二，采用神經(jīng)網(wǎng)絡自學習功能，解決了因環(huán)境溫度的變化對 傳感器橋臂造成測量誤差的影響。具體做法為:將電橋的兩 個輸出電壓信號作為標定數(shù)據(jù)，采用神經(jīng)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合對標定 數(shù)據(jù)進行處理，從而既提高了電橋測量的環(huán)境溫度適應范 圍，也提高了其靜態(tài)特性。第三，智能傳感器數(shù)據(jù)預處理方 法，應用于傳感器的非線性校正溫度補償、數(shù)字濾波和標度 變換，可實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場傳感器測試數(shù)據(jù)的前端檢測與處理， 從而提高了自動化檢測作業(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 身的智能化補償與校正上。

3.數(shù)字智能化稱重傳感器

嚴格意義上講，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償與校正上，更重要的是 要實現(xiàn)應用的智能化。隨著數(shù)字稱重傳感器應用領域的不斷 擴展，如何把數(shù)字傳感器的功能、特點發(fā)揮得更好又成為關 注的焦點。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，能夠完成稱重信號檢測和處理、邏 輯判斷、閉環(huán)控制、雙向通訊、循環(huán)自檢和自診斷、自動校正 和補償、自動計算等，具有這樣的稱重傳感器被稱為“數(shù)字智 能化稱重傳感器”。從結構上看，可分為整體型集成化結構和 分離型模塊化結構兩種。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用于各種 智能化閉環(huán)控制多用途、智能化多分量測量與高速動態(tài)數(shù)字 信號處理以及網(wǎng)絡通訊等場合，其發(fā)展趨勢包括：

(1)智能化閉環(huán)控制

智能化閉環(huán)控制主要指可應用于各種智能化閉環(huán)、高速 高精度動態(tài)自補償稱重等應用場合。例如動態(tài)高速數(shù)字智能 化稱重傳感器，除了用于標準的稱重過程外，還提供分選、定 量灌裝的多用途控制功能。內(nèi)置信號處理模塊使其可用于快 速、高精度的稱重場合。對于外部因素引起的振動，稱重傳感 器帶有數(shù)字濾波器，可以消除這些振動引起的誤差。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

智能化多參量測量是指稱重傳感器本身除具有檢測重 量信息的功能外，還能同時檢測其它多參量信息。例如：電子 吊秤傳感器可檢測加速度，完成動態(tài)加速度自動修正；汽車 檢測平臺用稱重傳感器，可同時檢測垂直方向的重量信息和 水平方向的側向載荷，即多分力測量。

(3)高速動態(tài)信號處理技術

工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，數(shù)字技術向智能化、開放性、網(wǎng)絡 化、信息化方向發(fā)展。利用目前工業(yè)過程控制系統(tǒng)中最為熱 點的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS中工業(yè)控制軟件的數(shù)據(jù)處理方 法，首先對系統(tǒng)中的傳感器進行結構與數(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)都具有適應性。

4.結束語

上述文章對數(shù)字式智能化稱重傳感器功能演變過程，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 補償、再到第三階段的傳感器擴展稱重系統(tǒng)的應用，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償與數(shù) 字量的長距離傳送功能外，更不能忽視的是擴展其應用于各 種智能化閉環(huán)控制多用途、智能化多分量測量與高速動態(tài)數(shù) 字信號處理乃至網(wǎng)絡化通訊等場合。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向多 功能和多參量檢測，由開環(huán)數(shù)據(jù)傳送向主動閉環(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)絡化方向發(fā)展， 這應是我國數(shù)字式稱重傳感器制造行業(yè)目前和今后的發(fā)展 方向 。