摘要：簡單介紹了硅壓阻式傳感器溫度誤差產生的原因及其特點，提出了一種利用BP神經網絡對其溫度誤差及非線性誤差進行補償的方法。根據傳感器溫度誤差的特點設計了一個多層的BP神經網絡，其中傳感器測試電路中四臂電橋的橋路電壓和未經補償的傳感器的輸出作為神經網絡的兩個輸入。利用MatLab對該網絡進行訓練，得到了網絡的權值和閥值。經過試驗證明，該網絡能夠有效的補償傳感器的溫度非線性誤差，在-40～60℃范圍內，使溫度誤差從原來的5．4％降到了0．2％。
關鍵詞：溫度補償；硅壓阻式；傳感器；BP神經網絡；電橋

傳感器特別是硅壓阻式傳感器的溫度誤差在其總誤差中占有很大的比重，溫度補償的好壞直接影響著傳感器的總精度。溫度誤差的補償方法有很多種，其中軟件補償是一種較常見的方法。由于傳感器的溫度誤差是一種非線性誤差，即各個溫度點的補償系數也應該呈非線性，這給補償帶來了一定的困難。常常采用的方法是選取幾個溫度點，求得補償系數，其它溫度點的補償系數通過線性插值得到，這種方法實質上是一種將補償系數分段線性化來擬合補償系數的非線性曲線的方法。因此，要做到較高的補償精度比較困難。而BP神經網絡具有很強的曲線擬合能力，可以利用BP網絡對傳感器輸出值進行處理，得到去除了溫度誤差的理想輸出值。但是，單單從傳感器的輸出很難判斷哪些是由輸入壓力所引起的輸出，哪些是由于溫度誤差所帶來的輸出。所以，向BP網絡引入一個反映溫度變化的參數至關重要。而傳感器橋路電壓可以滿足條件。因此，利用傳感器的橋路電壓和未經溫度補償的傳感器輸出一起作為神經網絡的輸入。試驗證明，構建的BP神經網絡能夠使傳感器的溫度誤差得到大大降低，使得傳感器在-40～60℃溫度范圍內，非線性溫度誤差降低到0．2％。

1 BP神經網絡硅壓阻式傳感器溫度補償
1．1 硅壓阻式傳感器的溫度誤差
硅壓阻式傳感器是用半導體材料制成的，而半導體材料對溫度很敏感。因此，硅壓阻式傳感器的溫度誤差較大，并且其溫度誤差具有以下特點：首先，在相同壓力下硅壓阻式傳感器的溫度誤差比其他材料傳感器的要大；其次，它的溫度誤差是非線性的；再次，在進行溫度補償的過程中，很難區(qū)分溫度誤差引起的輸出量的變化和壓力變化引起的輸出量的變化；此外，硅壓阻傳感器的溫度誤差有很大的分散性，甚至由同一制造商提供的同一型號傳感器的誤差幅度彼此之間也會有輕微的差異。這些特點給硅壓阻式傳感器的溫度誤差補償帶來了一定的困難。鑒于硅壓阻傳感器溫度誤差的特點，要對它進行補償，首先必須找到一個能夠反映溫度變化的參量，這可以從傳感器的測量電路中獲得。
硅壓阻式傳感器的測量電路，由應變計組成的四臂電橋組成，如圖1所示，四臂電橋中的4個電阻的阻值不僅會隨壓力的變化而變化，還會隨溫度的升高而增大。

假設溫度為t0時，Rt=R2=R3=R4=R0，當溫度、壓力發(fā)生變化時，各電阻阻值可以用式(1)、(2)表示：

從式(4)可得，橋路電壓Vb與壓力產生的應變沒有關系，僅與溫度引起的附加應變有關。因此，可以利用它作為反映溫度變化的參數，而不需另外增加一個溫度傳感器，這樣做的好處是，直接利用壓力傳感器本身元件敏感溫度的變化，從而避免由于外加溫度傳感器而導致測量溫度和壓阻傳感器應變片實際溫度存在差異給補償帶來誤差，提高了補償的精度，同時也節(jié)約了成本，簡化了電路。
硅壓阻式傳感器雖然存在著很大的溫度誤差，但是在溫度不變的情況下，傳感器的輸出呈現出很好的線性度和重復性，這就為用BP神經網絡對它進行溫度補償提供了必要的條件。