CN106644193B - 一种压强值的测定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压强值的测定方法及系统。所述方法包括：(1)对于包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，采集其数字电路输出的数字量D、以及环境温度T；(2)获取预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值；(3)根据数字量D、环境温度T、进行温度补偿，获得测定压强值。所述系统包括：测定参数采集模块、定点寄存模块、以及补偿计算模块。本发明提供的压强值测定方法及系统，根据环境温度对压强传感器输出的数字量D与实际压强值之间的关系进行了补偿计算，测定得到的压强值误差控制在1％之内，能够满足高精度工程测量需求，在海拔高度计算、室内导航方面有着广阔的应用前景和重要的应用价值。

Description

一种压强值的测定方法及系统
技术领域
本发明属于测量技术领域，更具体地，涉及一种压强值的测定方法及系统。
背景技术
目前的压强值测定方法，多直接采用压阻式压强传感器，其原理是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。压阻式传感器常用于压强、拉力、压强差和可以转变为力的变化的其他物理量(如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度)的测定和控制。
然而目前的压阻式压强传感器由于其本身及外周电路的理化特性受到温度影响，应用环境下压强测定值的结果误差较大。在实际工程系统中压强测模块在-55℃到125℃时的测定误差达到3％以上，不能满足工程需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种压强值的测定方法及系统，其目的在于通过对压阻式压强传感器输出的数字量，根据环境温度进行温度补偿，由此解决现有的压阻式压强传感器测定压强值时在环境温度变化较大的情况下，测定误差较大不能满足工程精度需求的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种压强值的测定方法，包括以下步骤：
(1)对于包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，采集其数字电路输出的数字量D、以及环境温度T；所述压强传感器优选为压阻式压强传感器。
(2)获取预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值；
(3)根据步骤(1)中采集的数字量D、环境温度T、以及步骤(2)中获取的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值进行温度补偿，获得测定压强值。
优选地，所述压强值测定方法，其步骤(2)所述预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值按照如下方法确定：
(2-1)选取若干个标定压强值、以及若干标定温度值；
(2-2)使得所述包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，分别处于步骤(2-1)选取的所述标定压强值下，并使得其环境温度为所述标定温度；
(2-3)采集步骤(2-2)中每一组标定压强及标定温度对应的所述传感器数字电路的输出量，作为标定数字量。
优选地，所述压强值测定方法，其步骤(3)所述温度补偿采用：直接标定补偿、线性拟合补偿、或抛物线插值补偿。
优选地，所述压强值测定方法，其直接标定补偿具体步骤如下：
A1、根据步骤(2)选取的标定压强、标定温度，以及采集的所述标定压强、标定温度对应的标定数字量，对于特定标定压强，采用分段二次函数进行拟合，获得数字电路输出的数字量与环境温度的变化曲线；
A2、按照如下方法计算测定压强：
Figure BDA0001219800360000021
其中，PC为测定压强；数字电路输出的数字量与环境温度的变化曲在线温度为T时对应的数字量中最接近数字电路输出的数字量D的数字量分别为Da和Db，且Da＜D＜Db；Pa为Da对应的标定压强；Pb为Db对应的标定压强。
优选地，所述压强值测定方法，其所述线性拟合补偿具体步骤如下：
B1、根据步骤(2)选取的标定压强、标定温度、以及采集的所述标定压强、标定温度对应的标定数字量，对于特定温度下，采用线性函数进行拟合，获得特定温度下数字量随压强变化的线性曲线；
B2、测定压强按照如下方法计算：
Figure BDA0001219800360000031
其中，PC为测定压强；Pa为低于环境温度T中与环境温度T最接近的标定温度下，数字量随压强变化的线性曲线上，数字量D对应的压强值；Pb为高于环境温度T中与环境温度T最接近的标定温度下，数字量随压强变化的线性曲线上，数字量D对应的压强值；T1为低于环境温度T中与环境温度T最接近的标定温度。
优选地，所述压强值测定方法，其所述抛物线插值补偿的具体步骤如下：
C1、根据步骤(2)选取的标定压强、标定温度、以及采集的所属标定压强、标定温度对应的标定数字量，获得不同温度下的压强随数字量D的变化曲线；
C2、选取步骤C1中，测定压强按照如下方法计算：
Figure BDA0001219800360000032
其中，PC为测定压强；其中T0、T1、T2分别为的标定温度
Figure BDA0001219800360000033
P0、P1、P2分别为所述温度T0、T1、T2下的压强随数字量D的变化曲线上，步骤(1)获取的数字量D对应的标定压强。
按照本发明的另一个方面提供了一种压强值的测定系统，其包括：
测定参数采集模块，用于获取环境温度T、以及包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器的数字电路输出的数字量D，输出给补偿计算模块；
标定点寄存模块，用于存储预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值数据；
补偿计算模块，用于调取标定点寄存模块的数据，将测定参数采集模块采集的数字量D根据环境温度T进行温度补偿，计算测定压强并输出。
优选地，所述压强值的测定系统，其补偿计算模块，为直接标定补偿计算模块，所述直接标定补偿计算模块应用权利要求4步骤(3)所述的直接标定补偿对数字量D进行补偿计算。
优选地，所述压强值的测定系统，其补偿计算模块，为线性拟合补偿计算模块，所述线性拟合补偿计算模块应用权利要求5步骤(3)所述的直接标定补偿对数字量D进行补偿计算。
优选地，所述压强值的测定系统，其补偿计算模块，为抛物线插值补偿计算模块，所述抛物线插值补偿计算模块应用权利要求6步骤(3)所述的直接标定补偿对数字量D进行补偿计算。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于本发明提供的压强值测定方法及系统，根据环境温度对压强传感器输出的数字量D与实际压强值之间的关系进行了补偿计算，测定得到的压强值误差控制在1％之内，优选方案测量误差降低到0.3％，能够满足高精度工程测量需求，在海拔高度计算、室内导航方面有着广阔的应用前景和重要的应用价值。
附图说明
图1是本发明提供的压强值测定方法的流程图；
图2是本发明提供的压强值测定系统的结构示意图；
图3是本发明实施例1提供的数字电路输出的数字量与环境温度的变化曲线；
图4是本发明实施例2提供的特定温度下数字量随压强变化的线性曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的压强值的测定方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)对于包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，采集其数字电路输出的数字量D、以及环境温度T；
(2)获取预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值；
具体的，预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值按照如下方法确定：
(2-1)选取若干个标定压强值、以及若干标定温度值；
(2-2)使得所述包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，分别处于步骤(2-1)选取的所述标定压强值下，并使得其环境温度为所述标定温度；
(2-3)采集步骤(2-2)中每一组标定压强及标定温度对应的所述传感器数字电路的输出量，作为标定数字量；
(3)根据步骤(1)中采集的数字量D、环境温度T、以及步骤(2)中获取的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值进行温度补偿，获得测定压强值。
所述温度补偿优选采用：直接标定补偿、线性拟合补偿、或抛物线插值补偿；具体地：
A1、根据步骤(2)选取的标定压强、标定温度，以及采集的所述标定压强、标定温度对应的标定数字量，对于特定标定压强，采用分段二次函数进行拟合，获得数字电路输出的数字量与环境温度的变化曲线；
A2、按照如下方法计算测定压强：
Figure BDA0001219800360000061
其中，PC为测定压强；数字电路输出的数字量与环境温度的变化曲在线温度为T时对应的数字量中最接近数字电路输出的数字量D的数字量分别为Da和Db，且Da＜D＜Db；Pa为Da对应的标定压强；Pb为Db对应的标定压强。
当采用线性拟合补偿时，具体步骤如下：
B1、根据步骤(2)选取的标定压强、标定温度、以及采集的所述标定压强、标定温度对应的标定数字量，对于特定温度下，采用线性函数进行拟合，获得特定温度下数字量随压强变化的线性曲线；
B2、测定压强按照如下方法计算：
Figure BDA0001219800360000062
其中，PC为测定压强；Pa为低于环境温度T中与环境温度T最接近的标定温度下，数字量随压强变化的线性曲线上，数字量D对应的压强值；Pb为高于环境温度T中与环境温度T最接近的标定温度下，数字量随压强变化的线性曲线上，数字量D对应的压强值；T1为低于环境温度T中与环境温度T最接近的标定温度。
当采用抛物线插值补偿时，具体步骤如下：
C1、根据步骤(2)选取的标定压强、标定温度、以及采集的所属标定压强、标定温度对应的标定数字量，获得不同温度下的压强随数字量D的变化曲线；
C2、选取步骤C1中，测定压强按照如下方法计算：
Figure BDA0001219800360000063
其中，PC为测定压强；其中T0、T1、T2分别为的标定温度
Figure BDA0001219800360000071
P0、P1、P2分别为所述温度T0、T1、T2下的压强随数字量D的变化曲线上，步骤(1)获取的数字量D对应的标定压强。
本发明直接标定法的标定过程简单，但是由于分段二次函数拟合效果不如线性拟合精度高，因此补偿效果一般；线性拟合法补偿效果较好，标定过程较直接标定法繁琐，工作量大，但是补偿效果较好；抛物线插值法标定过程与线性插值法相同，补偿计算复杂度稍高，补偿效果最好。
本发明提供的压强值的测定系统，如图2所示，包括：
测定参数采集模块，用于获取环境温度T、以及包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器的数字电路输出的数字量D，输出给补偿计算模块；
标定点寄存模块，用于存储预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值数据；
补偿计算模块，用于调取标定点寄存模块的数据，将测定参数采集模块采集的数字量D根据环境温度T进行温度补偿，计算测定压强并输出。
所述补偿计算模块，可为直接标定补偿计算模块、线性拟合补偿计算模块或抛物线插值补偿计算模块；
所述直接标定补偿计算模块，应用本发明提供的直接标定补偿对数字量D进行补偿计算；
所述线性拟合补偿计算模块，应用本发明提供的线性拟合补偿对数字量D进行补偿计算；
所述抛物线插值补偿计算模块，应用本发明提供的抛物线插值补偿对数字量D进行补偿计算。
以下为实施例：
实施例1
一种压强值的测定方法，包括以下步骤：
(1)对于包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，采集其数字电路输出的数字量D、以及环境温度T；
(2)获取预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值；
具体的，预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值按照如下方法确定：
(2-1)选取若干个标定压强值、以及若干标定温度值；
所述标定压强值分别为：0.2kpa，1kpa,1.5kpa,2kpa,2.5kpa,3kpa；所述标定温度值分别为：-55℃，-35℃，-15℃，5℃，25℃，45℃，65℃，85℃。
(2-2)使得所述包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，分别处于步骤(2-1)选取的所述标定压强值下，并使得其环境温度为所述标定温度；
(2-3)采集步骤(2-2)中每一组标定压强及标定温度对应的所述传感器数字电路的输出量，作为标定数字量；结果如表1所示：
Figure BDA0001219800360000081
(3)根据步骤(1)中采集的数字量D、环境温度T、采用直接标定补偿进行温度补偿，获得测定压强值。
A1、根据步骤(2)选取的标定压强、标定温度，以及采集的所述标定压强、标定温度对应的标定数字量，对于特定标定压强，采用分段二次函数进行拟合，获得数字电路输出的数字量与环境温度的变化曲线，如图3所示。
A2、按照如下方法计算测定压强：
Figure BDA0001219800360000091
其中，PC为测定压强；数字电路输出的数字量与环境温度的变化曲在线温度为T时对应的数字量中最接近数字电路输出的数字量D的数字量分别为Da和Db，且Da＜D＜Db；Pa为Da对应的标定压强；Pb为Db对应的标定压强。
本实施例测定误差在1％之内。
实施例2
一种压强值的测定方法，包括以下步骤：
(1)对于包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，采集其数字电路输出的数字量D、以及环境温度T；
(2)获取预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值；
具体的，预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值按照如下方法确定：
(2-1)选取若干个标定压强值、以及若干标定温度值；
所述标定压强值分别为：0.2kpa，1kpa,1.5kpa,2kpa,2.5kpa,3kpa；所述标定温度值分别为：-55℃，-35℃，-15℃，5℃，25℃，45℃，65℃，85℃。
(2-2)使得所述包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，分别处于步骤(2-1)选取的所述标定压强值下，并使得其环境温度为所述标定温度；
(2-3)采集步骤(2-2)中每一组标定压强及标定温度对应的所述传感器数字电路的输出量，作为标定数字量；结果如表1所示：
Figure BDA0001219800360000101
(3)根据步骤(1)中采集的数字量D、环境温度T、采用线性拟合补偿温度补偿，获得测定压强值。
B1、根据步骤(2)选取的标定压强、标定温度、以及采集的所述标定压强、标定温度对应的标定数字量，对于特定温度下，采用线性函数进行拟合，获得特定温度下数字量随压强变化的线性曲线，如图4所示；
B2、测定压强按照如下方法计算：
Figure BDA0001219800360000102
其中，PC为测定压强；Pa为低于环境温度T中与环境温度T最接近的标定温度下，数字量随压强变化的线性曲线上，数字量D对应的压强值；Pb为高于环境温度T中与环境温度T最接近的标定温度下，数字量随压强变化的线性曲线上，数字量D对应的压强值；T1为低于环境温度T中与环境温度T最接近的标定温度。
本实施例测定误差在0.8％之内。
实施例3
一种压强值的测定方法，包括以下步骤：
(1)对于包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，采集其数字电路输出的数字量D、以及环境温度T；
(2)获取预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值；
具体的，预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值按照如下方法确定：
(2-1)选取若干个标定压强值、以及若干标定温度值；
所述标定压强值分别为：0.2kpa，1kpa,1.5kpa,2kpa,2.5kpa,3kpa；所述标定温度值分别为：-55℃，-35℃，-15℃，5℃，25℃，45℃，65℃，85℃。
(2-2)使得所述包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，分别处于步骤(2-1)选取的所述标定压强值下，并使得其环境温度为所述标定温度；
(2-3)采集步骤(2-2)中每一组标定压强及标定温度对应的所述传感器数字电路的输出量，作为标定数字量；结果如表1所示：
Figure BDA0001219800360000111
(3)根据步骤(1)中采集的数字量D、环境温度T、采用抛物线插值补偿进行温度补偿，获得测定压强值。
C1、根据步骤(2)选取的标定压强、标定温度、以及采集的所属标定压强、标定温度对应的标定数字量，获得不同温度下的压强随数字量D的变化曲线；
C2、选取步骤C1中，测定压强按照如下方法计算：
Figure BDA0001219800360000121
其中，PC为测定压强；其中T0、T1、T2分别为的标定温度
Figure BDA0001219800360000122
P0、P1、P2分别为所述温度T0、T1、T2下的压强随数字量D的变化曲线上，步骤(1)获取的数字量D对应的标定压强。
本实施例测定误差在0.4％之内。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种压阻式压强传感器压强值的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对于包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，采集其数字电路输出的数字量D、以及环境温度T；
(2)获取预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值；所述预先标定的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值按照如下方法确定：
(2-1)选取若干个标定压强值、以及若干标定温度值；
(2-2)使得所述包含外围放大电路和模/数转换电路的压强传感器，分别处于步骤(2-1)选取的所述标定压强值下，并使得其环境温度为所述标定温度；
(2-3)采集步骤(2-2)中每一组标定压强及标定温度对应的传感器数字电路的输出量，作为标定数字量；
(3)根据步骤(1)中采集的数字量D、环境温度T、以及步骤(2)中获取的标定温度、标定数字量、以及对应的标定压强值进行温度补偿，获得测定压强值；步骤(3)所述温度补偿采用：抛物线插值补偿；
所述抛物线插值补偿的具体步骤如下：
C1、根据步骤(2)选取的标定压强、标定温度、以及采集的所属标定压强、标定温度对应的标定数字量，获得不同温度下的压强随数字量D的变化曲线；
C2、选取步骤C1中，测定压强按照如下方法计算：
Figure FDA0002368982010000011
其中，PC为测定压强；其中T0、T1、T2为标定温度
Figure FDA0002368982010000021
P0、P1、P2分别为所述标定温度T0、T1、T2下的压强随数字量D的变化曲线上，步骤(1)获取的数字量D对应的标定压强。
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