CN106197771A - 一种基于计算机的压强测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于计算机的压强测量系统，包括压阻式压力传感器、温度传感器、数值处理单元以及显示单元；压阻式压力传感器的输出端连接数值处理单元的第一输入端，温度传感器连接数值处理单元的第二输入端，数值处理单元的输出端连接显示单元；其中，数值处理单元包括：压强补偿与温度关系拟合模块、异常数据过滤模块、数值加权均值处理模块、温度补偿模块、压强求解模块。本发明首先获得压强补偿和温度的关系曲线，并计算在一定环境温度下的压强补偿值，最终获得等效压强，同时，本发明还对测量数据进行异常数据过滤和数据加权求均值，有效提高压强测量精度。

Description

一种基于计算机的压强测量系统
技术领域
本发明涉及压强测量领域，特别是涉及一种压强测量系统。
背景技术
压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。
压阻式传感器的四臂电桥电阻的形成是采用半导体材料的扩散技术，因而不可避免地由于扩散浓度的离散性引起电阻值得离散性，以及电阻温度系数的离散性。这些因素引起传感器的零点漂移以及灵敏度温漂的存在，从而影响压力传感器的测量精度。
国内的传感器厂家目前大多是采用经验补偿法来进行压力传感器的温度补偿，即在所有同批次的产品上加同样的补偿电阻，补偿后再测试，根据漂移量再反复修正电阻值，这样的温度补偿系统效率低，且该压力传感器温度补偿系统的补偿精度也得不到保障。此外，在相关压强测量领域，现有密度传感器测量存在误差，存在噪点；同时，现有数字滤波常规做法为求平均值，在实时变动的数据测量中存在较大测量误差。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于计算机的压强测量系统，旨在提高压强测量精度。在该系统中，首先建立压强补偿和温度关系曲线，并对传感器采集压强值进行数字滤波处理，然后再添加压强的温度补偿，最后获得等效压强值。该系统可有效提高压强测量精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于计算机的压强测量系统，包括：压力传感器、温度传感器、数值处理单元以及显示单元；温度传感器连接数值处理单元的第一输入端，压力传感器的输出端连接数值处理单元的第二输入端，数值处理单元的输出端连接显示单元；
数值处理单元包括：
压强补偿与温度关系拟合模块，用于拟合压强与温度关系曲线；
异常数据过滤模块，用于过滤异常数据；
数值加权均值处理模块，用于对抽样数据滤波求均值；
温度补偿模块，用于对压力传感器进行温度补偿；
压强求解模块，用于求解等效压强值。
本发明提供了一种基于计算机的压强测量系统，首先获得压强补偿和温度的关系曲线，其次，通过压强传感器获得测量压强，通过温度传感器获得温度值并计算压强补偿值，最终获得等效压强。在本发明中，还对测量数据进行异常数据过滤和数据加权求均值，有效提高压强测量精度。
进一步而言，异常数据过滤模块依次提取最近n个抽样压强值Pi进行数据过滤，将的点过滤；k≥1.5、1≤i≤n,n≥10。
在时间压强检测中，传感器因环境及器件因素而产生测试异常点。在该改进技术方案中，异常数据过滤模块是用于过滤异常采样点，以提高测试精度。
进一步而言，数值加权均值处理模块根据过滤异常数据后的抽样压强值求加权均值其中，n′为数据滤波后的数据量，1≤j≤n′≤n，αj为加权系数，αj＝n′+1-j。
在实际压强检测中，环境压强实时不断变化，并且压强的变化是连续的。在该改进技术方案中，越靠近现在的测试数据更接近现有的环境压强，其加权系数设置更高，可以有效提高测试精度。
进一步而言，压强补偿与温度关系拟合模块是在调试模式下，控制环境压强保持为P0，将压力传感器分别在温度T1、T2、T3、T4、T5测试压强，并分别记录各温度下的压强补偿值ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4、ΔP5；拟合压强补偿值ΔP与温度关系曲线，获得关系曲线：ΔP＝aT4+bT3+cT2+dT3+e；a、b、c、d、e为多项式系数，P0≥0。
在该改进方案中，采用多项式拟合出压强补偿与温度的关系曲线，该系统只需选取若干温度点并测试，通过拟合获得关系曲线，可以减少实验测试时间，提高效率。
进一步而言，温度补偿模块，根据压强补偿值与温度关系曲线，获得压强补偿值ΔP。
不同温度下，压强补偿值不同。在该改进技术方案中，温度补偿模块获得温度传感器测得的温度，通过压强补偿值与温度关系曲线，获得压强补偿值。
进一步而言，压强求解模块，用于将加权均值与压强补偿值ΔP求和获得等效压强值P，对测量并经数据处理获得的压强值增加压强补偿，可以有效提高压强测量精度。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于计算机的压强测量系统，首先获得压强补偿和温度的关系曲线，其次，通过压强传感器获得测量压强，通过温度传感器获得温度值并计算压强补偿值，最终获得等效压强。在本发明中，还对测量数据进行异常数据过滤和数据加权求均值，有效提高压强测量精度。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的系统框架图；
图2是本发明一具体实施方式的压强补偿值ΔP与温度的关系曲线；
图3是本发明一具体实施方式的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，在本实施例中提供一种基于计算机的压强测量系统，包括：压力传感器1、温度传感器2、数值处理单元3以及显示单元4；温度传感器2连接数值处理单元3的第一输入端，压力传感器1的输出端连接数值处理单元3的第二输入端，数值处理单元3的输出端连接显示单元4；
数值处理单元3包括：
压强补偿与温度关系拟合模块31，用于拟合压强与温度关系曲线；
异常数据过滤模块32，用于过滤异常数据；
数值加权均值处理模块33，用于对抽样数据滤波求均值；
温度补偿模块34，用于对压力传感器进行温度补偿；
压强求解模块35，用于求解等效压强值。
在本实施例中，异常数据过滤模块32依次提取最近n个抽样压强值Pi进行数据过滤，将的点过滤；所述k≥1.5、1≤i≤n,n≥10。
压力传感器1可以设定0.1s～1s向数据处理单元3传送采样数据，为了提高测试精度，在本实施例中，采样周期为0.1s。选取最近10个抽样点的压强数据进行处理。
在本实施例中，所述数值加权均值处理模块33根据过滤异常数据后的抽样压强值求加权均值其中，n′为数据滤波后的数据量，1≤j≤n′≤n，αj为加权系数，αj＝n′+1-j。
值得一提的是，压力传感器1每0.1s采集一次环境压强数据，越临近的测量获得的压强值越接近当前时刻密度值，故而权重越大。
在本实施例中，所述压强补偿与温度关系拟合模块31是在调试模式下，控制环境压强保持为P0，将压力传感器1分别在温度T1、T2、T3、T4、T5测试压强，并分别记录各温度下的压强补偿值ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4、ΔP5；拟合所述压强补偿值ΔP与温度关系曲线，获得关系曲线：ΔP＝aT4+bT3+cT2+dT3+e；所述a、b、c、d、e为多项式系数，所述P0≥0。
通过求解Tβ＝v，其中，
可计算求得系数a、b、c、d、e的值，如图2所示，获得压强补偿值ΔP与温度的关系曲线：ΔP＝aT4+bT3+cT2+dT1+e；其中，a、b、c、d、e为多项式系数。
在本实施例中，所述温度补偿模块34，根据所述压强补偿值与温度关系曲线，获得所述压强补偿值ΔP。
在本实施例中，所述压强求解模块35，用于将所述加权均值与所述压强补偿值ΔP求和获得等效压强值P，所述对测量并经数据处理获得的压强值增加压强补偿，可以有效提高压强测量精度。
如图3，图3是本实施方式的流程示意图，在本实施例中基于计算机的压强测量的具体步骤包括：
S1、在调试模式下，压强补偿与温度关系拟合模块31建立压强补偿与温度关系曲线；
在调试模式下，控制环境压强保持为P0，将压力传感器1分别在温度T1、T2、T3、T4、T5测试压强，并分别记录各温度下的压强补偿值ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4、ΔP5；拟合压强补偿值ΔP与温度关系曲线：ΔP＝aT4+bT3+cT2+dT3+e。
S2、在压强测量中，压强传感器1采集环境压强值，温度传感器2采集环境温度值，将压强数据发送给异常数据过滤模块32，将温度数据发送给温度补偿模块。
S3、异常数据过滤模块32对采集的压强数据进行异常数据过滤，并将处理后的压强数据发送给数据加权均值处理模块33。
S4、数据加权均值处理模块33处理压强数据，并将压强加权均值发送给压强求解模块35。
S5、温度补偿模块34根据温度数据以及压强补偿值ΔP与温度关系曲线，获得压强补偿值ΔP，并将结果发送给压强求解模块35；压强求解模块35计算压强加权均值与压强补偿值ΔP之和获得等效压强P。
S6、显示单元4显示压强信息。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于计算机的压强测量系统，其特征在于，包括：压力传感器、温度传感器、数值处理单元以及显示单元；
所述温度传感器连接所述数值处理单元的第一输入端，所述压力传感器的输出端连接所述数值处理单元的第二输入端，所述数值处理单元的输出端连接所述显示单元；
所述数值处理单元包括：
压强补偿与温度关系拟合模块，用于拟合压强与温度关系曲线；
异常数据过滤模块，用于过滤异常数据；
数值加权均值处理模块，用于对抽样数据滤波求均值；
温度补偿模块，用于对所述压力传感器进行温度补偿；
压强求解模块，用于求解等效压强值。
2.如权利要求1所述的一种基于计算机的压强测量系统，其特征在于：所述异常数据过滤模块依次提取最近n个抽样压强值Pi进行数据过滤，将的点过滤；所述k≥1.5、1≤i≤n,n≥10。
3.如权利要求1所述的一种基于计算机的压强测量系统，其特征在于：所述数值加权均值处理模块根据过滤异常数据后的抽样压强值求加权均值 其中，n′为数据滤波后的数据量，1≤j≤n′≤n，αj为加权系数，αj＝n′+1-j。
4.如权利要求1所述的一种基于计算机的压强测量系统，其特征在于：所述压强补偿与温度关系拟合模块是在调试模式下，控制环境压强保持为P0，将压力传感器分别在温度T1、T2、T3、T4、T5测试压强，并分别记录各温度下的压强补偿值ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4、ΔP5；拟合所述压强补偿值ΔP与温度关系曲线，获得关系曲线：ΔP＝aT4+bT3+cT2+dT3+e；所述a、b、c、d、e为多项式系数，所述P0≥0。
5.如权利要求1所述的一种基于计算机的压强测量系统，其特征在于：所述温度补偿模块，根据所述压强补偿值与温度关系曲线，获得所述压强补偿值ΔP。
6.如权利要求1所述的一种基于计算机的压强测量系统，其特征在于：所述压强求解模块，用于将所述加权均值P与所述压强补偿值ΔP求和获得等效压强值P，所述
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