CN105352632A - 一种数字压力传感器和获取数字压力信号的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字压力传感器和获取数字压力信号的方法，所述数字压力传感器的存储器中存储有多个测试温区的校准方程，每个测试温区对应压力MEMS芯片工作温区中的一个子温区；温度传感器将感应到的当前环境温度及压力MEMS芯片将感应到的当前原始压力信号依次通过多路转换器、放大器和ADC模数转换器后分别转换成数字温度信号和原始数字压力信号发送到数字信号处理器；数字信号处理器根据数字温度信号在储存器中选择相应的校准方程，并根据选择的校准方程对原始数字压力信号进行压力校准，获得校准后的数字压力信号，本发明的技术方案能够保证数字压力传感器在其全工作温区内的压力输出具有较高的精度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器校准技术领域，特别涉及一种数字压力传感器和获取数字压力信号的方法。
背景技术
现有数字压力传感器将压力微系统MEMS与温度传感器的原始输出经放大器放大，然后经过ADC转换成数字信号，再将转换后的数字信号经过一个固定的校准方程计算输出，得到准确的压力信号。
由于压力传感器工作温区比较宽，通过在一个校准方程无法满足对压力传感器的全温区高精度测量，无法达到压力传感器在全温区内的高精度测量。
发明内容
本发明提供了一种数字压力传感器和获取数字压力信号的方法，以提高数字压力传感器的压力输出精度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种数字压力传感器，包括压力MEMS芯片和温度传感器，所述压力MEMS芯片和所述温度传感器通过多路转换器顺次连接放大器、ADC模数转换器、数字信号处理器、存储器；
所述存储器中存储有多个测试温区的校准方程，每个测试温区对应所述压力MEMS芯片工作温区中的一个子温区，所述校准方程是关于温度和压力的二元方程；
所述温度传感器将感应到的当前环境温度以及所述压力MEMS芯片将感应到的当前原始压力信号依次通过所述多路转换器、所述放大器和所述ADC模数转换器后分别转换成数字温度信号和原始数字压力信号，发送到所述数字信号处理器；
所述数字信号处理器根据所述数字温度信号在所述储存器中选择相应的测试温区的校准方程，并根据选择的校准方程对所述原始数字压力信号进行压力校准，获得校准后的数字压力信号。
优选地，所述存储器中每个测试温区的校准方程通过下述方式获得：
建立该测试温区的校准方程模型，所述校准方程模型包括待求解的校准系数；
在每个测试温区内选取若干组校准点，校准点的组数等于或者多于该测试温区的校准方程模型中待求解的校准系数的个数，将每组校准点的测试温度和测试压力代入所述校准方程模型中；
根据最小二乘法求解该校准方程模型中的校准系数，获得该测试温区的校准方程。
优选地，所述每个测试温区采用相同形式的校准方程模型，或者，采用不相同形式的校准方程模型。
优选地，选取的所述若干组校准点分布在每个测试温区的两端处和中间处；
或者，选取的所述若干组校准点均匀分布在每个测试温区内。
优选地，所述数字压力传感器还包括压力显示单元；
所述压力显示单元，用于将所述数字信号处理器获得的校准后的数字压力信号进行显示输出。
另一方面，本发明提供了一种获取数字压力信号的方法，所述方法包括：
在存储器中存储多个测试温区的校准方程，每个测试温区对应压力MEMS芯片工作温区中的一个子温区，所述校准方程是关于温度和压力的二元方程；
将温度传感器感应到的当前环境温度以及所述压力MEMS芯片感应到的当前原始压力信号分别转换成数字温度信号和原始数字压力信号；
根据所述数字温度信号在所述存储器中选择相应的测试温区的校准方程；
根据选择的校准方程对所述原始数字压力信号进行压力校准，获得校准后的数字压力信号。
优选地，在存储器中存储多个测试温区的校准方程前，所述方法还包括：
将所述压力MEMS芯片的工作温区分隔成多个测试温区；
建立每个测试温区的校准方程模型，所述校准方程模型包括待求解的校准系数；
在每个测试温区内选取若干组校准点，校准点的组数等于或者多于该测试温区的校准方程模型中待求解的校准系数的个数，将每组校准点的测试温度和测试压力代入所述校准方程模型中；
根据最小二乘法求解该校准方程模型中的校准系数，获得该测试温区的校准方程。
优选地，所述每个测试温区采用相同形式的校准方程模型，或者，采用不相同形式的校准方程模型。
优选地，所述多组校准点分布在每个测试温区的两端处和中间处；
或者，所述多组校准点均匀分布在每个测试温区内。
优选地，所述方法还包括：
将所述校准后的数字压力信号进行转换处理，并将所述转换处理结果进行显示。
本发明实施例的有益效果是：本发明公开了一种数字压力传感器和获取数字压力信号的方法，所述数字压力传感器的存储器中存储多个测试温区的校准方程，在使用时，可以根据该数字压力传感器的温度传感器感应到的当前环境温度在存储器中选择相应的校准方程，对该数字压力传感器的压力MEMS芯片感应到的原始压力信号进行校准，输出校准后的数字压力信号，从而保证数字压力传感器在其全工作温区内的压力输出具有较高的精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种数字压力传感器组成结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种获取数字压力信号的方法流程图。
具体实施方式
本发明的整体设计思想是：在数字压力传感器的存储器多个测试温区的校准方程，其中每个测试温区对应为该数字压力使用温区的一个子温区，使用时通过数字压力传感器的温度传感器感应到的当前环境温度在存储器中选择相应的校准方程，利用此校准方程对数字压力传感器中压力MEMS感应到的当前原始压力信号进行压力校准，获得校准后的数字压力信号。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1为本发明实施例提供的数字压力传感器组成结构示意图，该数字压力传感器包括压力MEMS芯片和温度传感器，压力MEMS芯片和温度传感器通过多路转换器顺次连接放大器、ADC模数转换器、数字信号处理器、存储器。
存储器中存储有多个测试温区的校准方程，每个测试温区对应压力MEMS芯片工作温区中的一个子温区，其中校准方程是关于温度和压力的二元方程。
温度传感器将感应到的当前环境温度以及压力MEMS芯片将感应到的当前原始压力信号依次通过多路转换器、放大器和ADC模数转换器后分别转换成数字温度信号和原始数字压力信号，发送到数字信号处理器。
数字信号处理器根据数字温度信号在储存器中选择相应的测试温区的校准方程，并根据选择的校准方程对原始数字压力信号进行压力校准，获得校准后的数字压力信号。
本实施例通过在数字压力传感器的存储器中存储多个测试温区的校准方程，在使用时，可以根据该数字压力传感器的温度传感器感应到的当前环境温度在存储器中选择相应的校准方程，对该数字压力传感器的压力MEMS芯片感应到的原始压力信号进行校准，从而输出高精度的数字压力信号。
本发明通过一个具体实施例说明获得数字压力传感器的存储器中存储的校准方程方式，具体如下：
建立每一个测试温区的校准方程模型，校准方程模型包括待求解的校准系数；
在每个测试温区内选取若干组校准点，校准点的组数等于或者多于该测试温区的校准方程模型中待求解的校准系数的个数，将每组校准点的测试温度和测试压力代入校准方程模型中；
根据最小二乘法求解该校准方程模型中的校准系数，获得该测试温区的校准方程。
其中，上述的校准点是指从该数字压力传感器的温度传感器在各个设定温度点以及该数字压力传感器的压力MEMS芯片在各个设定压力点的情况下，获得的测试温度和测试压力。
需要说明的是，为便于提高校准精度，本实施例优选地使选取的若干组校准点分布在每个测试温区的两端处和中间处；或者，选取的若干组校准点均匀分布在每个测试温区内。
进一步需要说明的是，本实施例为了便于通过最小二乘法求解校准方程模型中的校准系数，选取了等于或多于校准系统个数的校准点组数，显然，若通过其他手段求解校准方程模型，也可适应地改变选取校准点的方式和组数。
在实际应用中，上述每个测试温区可以采用相同形式的校准方程模型，例如，每个校准方程模组都为二阶的校准方程模组；或者，上述每个测试温区采用不相同形式的校准方程模型，例如，其中的一些校准方程模型为二阶校准方程模型，另一些校准方程模型为三阶校准方程模型。本发明对校准方程模组的形式不做限定。
本技术方案的数字压力传感器还可以包括压力显示单元，用于将数字信号处理器获得的校准后的数字压力信号进行显示输出。
在实际应用中，数字压力传感器的是上述存储器可以为数字信号处理器的存储单元，存储器也可以集成在数字信号处理器上。
或者，温度传感器、多路转换器、放大器、ADC模数转换器、数字信号处理器和存储器集成在一个集成电路ASIC上。当然，上述压力MEMS芯片也可选地集成在该集成电路ASIC上。
基于与上述数字压力传感器相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种获取数字压力信号的方法，该方法包括：
S100，在存储器中存储多个测试温区的校准方程，每个测试温区对应压力MEMS芯片工作温区中的一个子温区，所述校准方程是关于温度和压力的二元方程。
S200，将温度传感器感应到的当前环境温度以及,压力MEMS芯片感应到的当前原始压力信号分别转换成数字温度信号和原始数字压力信号。
S300，根据数字温度信号在存储器中选择相应的测试温区的校准方程。
S400，根据选择的校准方程对原始数字压力信号进行压力校准，获得校准后的数字压力信号。
在实际应用中，在存储器中存储多个测试温区的校准方程前，上述获取数字压力信号的方法还包括：
将压力MEMS芯片的工作温区分隔成多个测试温区；
建立每个测试温区的校准方程模型，所述校准方程模型包括待求解的校准系数；
在每个测试温区内选取若干组校准点，校准点的组数等于或者多于该测试温区的校准方程模型中待求解的校准系数的个数，将每组校准点的测试温度和测试压力代入校准方程模型中；
根据最小二乘法求解该校准方程模型中的校准系数，获得该测试温区的校准方程。
其中，上述的校准点是指从温度传感器在各个设定温度点以及压力MEMS芯片在各个设定压力点获得的相应的测试温度和测试压力。
需要说明的是，为便于提高校准精度，本实施例优选地使选取的若干组校准点分布在每个测试温区的两端处和中间处；或者，使选取的若干组校准点均匀分布在每个测试温区内。
进一步需要说明的是，本实施例为了便于通过最小二乘法求解校准方程模型中的校准系数，选取了等于或多于校准系统个数的校准点组数，显然，若通过其他手段求解校准方程模型，也可适应地改变选取校准点的方式和组数。
在实际应用中，上述每个测试温区可以采用相同形式的校准方程模型，例如，每个校准方程模组都为二阶的校准方程模组；或者，上述每个测试温区采用不相同形式的校准方程模型，例如，其中的一些校准方程模型为二阶校准方程模型，另一些校准方程模型为三阶校准方程模型。本发明对校准方程模组的形式不做限定。
本技术方案的方法还可以包括将校准后的数字压力信号进行转换处理，并将转换处理结果进行显示，以便于直接读取校准后的压力结果。
综上所述，本发明实施例公开了一种数字压力传感器和获取数字压力信号的方法，所述数字压力传感器的存储器中存储多个测试温区的校准方程，在使用时，可以根据该数字压力传感器的温度传感器感应到的当前环境温度在存储器中选择相应的校准方程，对该数字压力传感器的压力MEMS芯片感应到的原始压力信号进行校准，输出校准后的数字压力信号，从而保证数字压力传感器在其全工作温区内的压力输出具有较高的精度
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种数字压力传感器，包括压力MEMS芯片和温度传感器，所述压力MEMS芯片和所述温度传感器通过多路转换器顺次连接放大器、ADC模数转换器、数字信号处理器、存储器 ,其特征在于，
所述存储器中存储有多个测试温区的校准方程，每个测试温区对应所述压力MEMS芯片工作温区中的一个子温区，所述校准方程是关于温度和压力的二元方程；
所述温度传感器将感应到的当前环境温度以及所述压力MEMS芯片将感应到的当前原始压力信号依次通过所述多路转换器、所述放大器和所述ADC模数转换器后分别转换成数字温度信号和原始数字压力信号，发送到所述数字信号处理器；
所述数字信号处理器根据所述数字温度信号在所述储存器中选择相应的测试温区的校准方程，并根据选择的校准方程对所述原始数字压力信号进行压力校准，获得校准后的数字压力信号。
2.根据权利要求1所述的数字压力传感器，其特征在于，所述存储器中每个测试温区的校准方程通过下述方式获得：
建立该测试温区的校准方程模型，所述校准方程模型包括待求解的校准系数；
在每个测试温区内选取若干组校准点，校准点的组数等于或者多于该测试温区的校准方程模型中待求解的校准系数的个数，将每组校准点的测试温度和测试压力代入所述校准方程模型中；
根据最小二乘法求解该校准方程模型中的校准系数，获得该测试温区的校准方程。
3.根据权利要求2所述的数字压力传感器，其特征在于，所述每个测试温区采用相同形式的校准方程模型，或者，采用不相同形式的校准方程模型。
4.根据权利要求2所述的数字压力传感器，其特征在于，选取的所述若干组校准点分布在每个测试温区的两端处和中间处；
或者，选取的所述若干组校准点均匀分布在每个测试温区内。
5.根据权利要求1-4任一项所述的数字压力传感器，其特征在于，所述数字压力传感器还包括压力显示单元；
所述压力显示单元，用于将所述数字信号处理器获得的校准后的数字压力信号进行显示输出。
6.一种获取数字压力信号的方法，其特征在于，所述方法包括：
在存储器中存储多个测试温区的校准方程，每个测试温区对应压力MEMS芯片工作温区中的一个子温区，所述校准方程是关于温度和压力的二元方程；
将温度传感器感应到的当前环境温度以及所述压力MEMS芯片感应到的当前原始压力信号分别转换成数字温度信号和原始数字压力信号；
根据所述数字温度信号在所述存储器中选择相应的测试温区的校准方程；
根据选择的校准方程对所述原始数字压力信号进行压力校准，获得校准后的数字压力信号。
7.根据权利要求6所的方法，其特征在于，在存储器中存储多个测试温区的校准方程前，所述方法还包括：
将所述压力MEMS芯片的工作温区分隔成多个测试温区；
建立每个测试温区的校准方程模型，所述校准方程模型包括待求解的校准系数；
在每个测试温区内选取若干组校准点，校准点的组数等于或者多于该测试温区的校准方程模型中待求解的校准系数的个数，将每组校准点的测试温度和测试压力代入所述校准方程模型中；
根据最小二乘法求解该校准方程模型中的校准系数，获得该测试温区的校准方程。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述每个测试温区采用相同形式的校准方程模型，或者，采用不相同形式的校准方程模型。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述多组校准点分布在每个测试温区的两端处和中间处；
或者，所述多组校准点均匀分布在每个测试温区内。
10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述校准后的数字压力信号进行转换处理，并将所述转换处理结果进行显示。
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