CN106703791B - 一种压力传感器测温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量领域，特别是一种压力传感器测温系统，包括控制模块及与其连接的通信模块、数据采集模块、数据存储模块和数字滤波模块；所述控制模块向所述通信模块、数据采集模块、数据存储模块和数字滤波模块发送控制指令；所述通信模块用于与上位机通信；所述数据采集模块采用同一压阻式压力传感器同时采集压力信号和温度信号，所述信号保存至所述数据存储模块；所述数据存储模块用于完成底层FLASH存储芯片的控制和读写；所述数字滤波模块从所述数据存储模块中提取存储数据，对所述存储数据进行频带扩展滤波处理后回写至所述数据存储模块。本发明采用单个传感器同时完成温度和压力的采集和测量，保证了温度和压力测量的同步与温度测量的精度。

Description

一种压力传感器测温系统
技术领域
本发明涉及测量领域，特别是一种压力传感器测温系统。
背景技术
对于油气田井下电子井下压力计领域，目前国内外的压力计都需要在测量压力的同时，完成环境温度的快速准确的测量。
现有的压力计测量温度的方案，都是采用独立的温度传感器来完成，温度传感器要么设置于压力计内部，要么在前部探头集成。温度传感器设置于压力计金属腔体的内部电路上，外界的热量变化需要通过介质和压力计壳体的热传导，壳体内部空气热辐射才能到达温度传感器，测温需要热传导，感应滞后； 温度传感器集成与前部探头，温度与压力测量仍然存在测量不同步，影响压力的温度漂移校正精度。尤其是在测量快速恢复压力的时候，温度和压力的变化都很迅速。
发明内容
本发明的目的在于克服井下独立温度中所存在的上述不足，提供一种压力传感器测温系统。本发明没有采用独立温度传感器，而是直接采用压力传感器同时完成温度和压力的采集和测量，压力传感器膜片直接与外界介质接触。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种压力传感测温系统，包括控制模块及与其连接的通信模块、数据采集
模块、数据存储模块和数字滤波模块；
所述控制模块向所述通信模块、数据采集模块、数据存储模块和数字滤波模块发送控制指令；
所述通信模块用于与上位机通信；
所述数据采集模块采用同一压阻式压力传感器同时采集压力信号和温度信号，所述信号保存至所述数据存储模块；
所述数据存储模块用于完成底层FLASH 存储芯片的控制和读写；
所述数字滤波模块从所述数据存储模块中提取存储数据，对所述存储数据进行频带扩展滤波处理后回写至所述数据存储模块。
进一步地，所述压力传感测温系统还包括电源管理模块。所述电源管理模块实现系统低能耗运行。系统在一次测量数据采集完成，可进入休眠模式，以节省能耗。
进一步地，所述数据采集模块包括模拟信号采集模块和数字信号采集模块；
所述模拟信号采集模块同时采集模拟压力差分信号和模拟温度差分信号；所述数字信号采集模块从所述模拟压力差分信号和所述模拟温度差分信号中采集数字压力差分信号和数字温度差分信号。
进一步地，所述模拟信号采集模块采用压阻式压力传感器，所述压阻式压力传感器膜片直接与介质接触，实现温度传感。
进一步地，所述模拟信号采集模块包括压力差分信号输出接口和温度差分信号输出接口；
所述温度差分信号输出接口还包括用于差分消除直流电平的温度差分参考电压输出端，用于从高电平信号中提取有用的温度变化信号。
进一步地，所述数字信号采集模块包括第一数字采集接口和第二数字采集接口；
所述第一数字采集接口采集模拟压力差分信号，经 A/D 转换模块转换为数字压力差分信号；
所述第二数字采集接口采集模拟温度差分信号，经 A/D 转换模块转换为数字温度差分信号。
进一步地，由于存储式压力计热惯性大，为了能更及时和准确地反映外界环境温度的变化，需要对采集到的温度信号进行数字滤波，拓宽其测温频带。
所述数字滤波模块处理流程包括：
S1，回放原始数据；
S2，提取预期参数；
S3，根据预期参数计算频带扩展滤波参数；
S4，逐点滤波计算；
S5，回存滤波数据。
进一步地，S1 步骤，若回放数据失败，则需要再次回放，若回放成功，则进入S2 步骤；
进一步地，S2 步骤，所述预期参数包括温度信号采样周期，目标温度信号变化频率，预期温度信号截止频率。所述目标温度信号变化频率为具有大热惯
性的温度信号变化频率。若提取失败，则需要再次提取；若提取成功，则进入步骤S3；
进一步地，S3 步骤，通过提取的预期参数计算频带扩展的傅里叶变换参数。若计算失败，则需要再次计算；若计算成功，进入步骤S4。
进一步地，步骤S4，对回放的数据进行逐点滤波计算。
进一步地，步骤 S5，对滤波后的数据重新写入 FLASH 存储模块，该数据可以通过上位机软件联机提取。
进一步地，环境温度的变化也会引起压力的波动，上位机软件通过分析温度对压力的影响关系，对压力信号进行温度漂移校正。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明采用单个传感器同时完成温度和压力的采集和测量，相比传统的井下压力计测量温度方案温度感应更为迅速，保证了温度和压力测量的同步性。
压力传感器的膜片直接与外界介质接触，保证了温度测量热传导效率；
对温度信号进行数字滤波，扩展了测温频带，增加了对于热惯性大的压力计的测温能力。
附图说明：
图 1 为本发明实施例 1 中温度-压力模拟信号提取电路图；
图 2 为本发明实施例 1 中模拟信号采集电路图；
图 3 为本发明实施例 1 中压力传感测温系统结构图；
图 4 为本发明实施例 1 中数字滤波流程图。
图中标记：101-电流恒流源电流输入端，102-压力传感器的桥电路中的信号正输出端，103-压力传感器的桥电路中的信号负输出端，104-第一电流输出端，105-第二电流输出端，106-温度差分参考电压输出端，107-桥电路中的信号负向滤波后输出端，108-桥电路输入点电压滤波输出端，109-桥电路中的信号正向滤波后输出端，201-单片机ADC3 输入脚，202-单片机ADC2输入脚，203-单片机恒流源输出脚，204-单片机ADC0输入脚,205-单片机ADC1输入脚，301-电源管理模块，302-通信模块，303-控制模块，304-数据采集模块，305-数据存储模块，306-数字滤波模块。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例 1
一种压力传感测温系统，采用一个压力传感器和单片机实现，如图3所示，包括控制模块303及与其连接的通信模块302、数据采集模块304、数据存储模块305和数字滤波模块306；
所述控制模块303向所述通信模块302、数据采集模块304、数据存储模块305和数字滤波模块305发送控制指令；
所述通信模块302用于与上位机通信；
所述数据采集模块304采用同一传感器同时采集压力信号和温度信号，所述信号保存至所述数据存储模块305；
所述数据存储模块305用于完成底层FLASH 存储芯片的控制和读写；
所述数字滤波模块306从所述数据存储模块305中提取存储数据，对所述存储数据进行频带扩展滤波处理后回写至所述数据存储模块305。
进一步地，所述压力传感测温系统还包括电源管理模块301。所述电源管理模块301实现系统低能耗运行。系统在一次测量数据采集完成，可进入休眠模式，以节省能耗。
进一步地，所述数据采集模块304包括模拟信号采集模块和数字信号采集模块；所述模拟信号采集模块同时采集模拟压力差分信号和模拟温度差分信号。
模拟信号采集和模数转换过程参考图1、图2，单片机程控系统作为控制模块为模拟信号采集模块提供一个1mA的电流恒流源，该电流从电流恒流源电流输入端101输入，进入压力传感器的桥电路系统。从压力传感器的桥电路中的信号正输出端102输出压力的正向信号，该信号经过电阻R8和电容C15进行滤波处理后，从桥电路中的信号正向滤波后输出端109输出，提供给图2中的单片机ADC0输入脚204，进入单片机的ADC0转换输入端。从压力传感器的桥电路中的信号负输出端103输出的压力的负向信号经过电阻R5和电容C11进行滤波处理后，从桥电路中的信号负向滤波后输出端107输出，提供给图2中的单片ADC1输入脚205，进入单片机的ADC1转换输入端。桥电路中的信号正向滤波后输出端109与桥电路中的信号负向滤波后输出端107构成压力差分信号输出接口，单片机ADC0输入脚204与单片机ADC1输入脚205构成第一数字采集接口。
电流恒流源电流输入端101，同时也输出了整个桥电路总电压信号。理论上压力变化不会引起所述总电压信号变化，温度变化会引起所述桥电路总电压信号的变化；实际运行时，压力变化会对所述桥电路总电压信号产生影响，通过后端算法处理，可以消除绝大部分压力信号的影响。所述桥电路总电压信号经过电阻R6和电容C13滤波处理后，从桥电路输入点电压滤波输出端108输出， 提供给图2中的单片机ADC2输入脚202，进入单片机的ADC2转换输入端。该信号电平较高，而温度的变化幅度较小，为了提取出有用的温度变化信号，需要将直流电平差分消除，设置一个电阻R9来配置对应的直流电平，温度差分参考电压从温度差分参考电压输出端106输出,提供给图2中的单片机ADC3输入脚201，进入单片机的ADC3转换输入端。桥电路输入点电压滤波输出端108与温度差分参考电压从温度差分参考电压输出端106构成温度差分信号输出接口，单片机ADC2输入脚202与单片机ADC3输入脚201构成第二数字采集接口。
进一步地，所述模拟信号采集模块采用压阻式压力传感器，所述压阻式压力传感器膜片直接与介质接触，实现温度传感。
所述第一数字采集接口将模拟压力差分信号转换为数字压力差分信号； 所述第二数字采集接口将模拟温度差分信号转换为数字温度差分信号。
进一步地，采用存储式压力计热惯性大，为了能更及时和准确地反映外界环境温度的变化，需要对采集到的温度信号进行数字滤波，拓宽其测温频带。
进一步地，如图4所示，所述数字滤波模块处理流程包括：
S1，回放原始数据；
S2，提取预期参数；
S3，根据预期参数计算频带扩展滤波参数；
S4，逐点滤波计算；
S5，回存滤波数据。
进一步地，S1步骤，若回放数据失败，则需要再次回放，若回放成功，则进入S2步骤；
进一步地，S2步骤，所述预期参数包括温度信号采样周期，目标温度信号变化频率，预期温度信号截止频率。所述目标温度信号变化频率为具有较大热惯性的温度信号变化频率。若提取失败，则需要再次提取；若提取成功，则进入步骤S3；
进一步地，S3步骤，通过提取的预期参数计算频带扩展的傅里叶变换参数。若计算失败，则需要再次计算；若计算成功，进入步骤S4。
进一步地，步骤S4，对回放的数据进行逐点滤波计算。
进一步地，步骤S5，对滤波后的数据重新写入FLASH存储模块，该数据可以通过上位机软件联机提取。
进一步地，环境温度的变化也会引起压力的波动，上位机软件通过分析温度对压力的影响关系，对压力信号进行温度漂移校正。
综上所述，采用本发明提供的压力传感测温系统，即可实现压力传感器同时测量压力与温度，实现温度压力测量的同步性，提高温度测量的精度。

Claims (6)

1.一种压力传感测温系统，其特征在于，包括控制模块及与其连接的通信模块、数据采集模块、数据存储模块和数字滤波模块；
所述控制模块向所述通信模块、数据采集模块、数据存储模块和数字滤波模块发送控制指令；
所述通信模块用于与上位机通信；
所述数据采集模块采用同一压阻式压力传感器同时采集压力信号和温度信号，所述压阻式压力传感器膜片直接与介质接触，实现温度传感，所述信号保存至所述数据存储模块；
所述数据存储模块用于完成底层FLASH 存储芯片的控制和读写；
所述数字滤波模块从所述数据存储模块中提取存储数据，对所述存储数据进行频带扩展滤波处理后回写至所述数据存储模块，所述存储数据可以通过上位机软件联机提取；
所述上位机软件通过分析温度对压力的影响关系，对压力信号进行温度漂移修正；
所述压阻式压力传感器包括一个桥电路，所述桥电路包括：电流恒流源电流输入端（101），信号正输出端（102），信号负输出端（103），第一电流输出端（104），第二电流输出端（105），其中，所述电流恒流源电流输入端（101）输出桥电路总电压信号，所述第一电流输出端（104）经电阻R4后接地；所述第二电流输出端（105）经电阻R3、电阻Rb1后接地；
所述桥电路总电压信号经过电阻R6和电容C13滤波处理后，从桥电路输入点电压滤波输出端（108）输出，提供给单片机ADC2输入脚（202）；并且所述桥电路总电压信号还经过电阻R9后从温度差分参考电压输出端（106）输出至单片机ADC3输入脚（201）；以使所述压阻式压力传感器能够通过所述电阻R9来配置对应的直流电平、将所述桥电路总电压信号直流电平差分消除，从而利用采集到的温度差分信号实现与参考电压端的差分。
2.根据权利要求 1 所述的压力传感测温系统，其特征在于，还包括电源管理模块。
3.根据权利要求 1 或 2 所述的压力传感测温系统，其特征在于，所述数据采集模块包括模拟信号采集模块和数字信号采集模块；
所述模拟信号采集模块同时采集模拟压力差分信号和模拟温度差分信号；
所述数字信号采集模块从模拟压力差分信号和模拟温度差分信号中采集数字压力差分信号和温度压力差分信号。
4.根据权利要求 3 所述的压力传感测温系统，其特征在于，所述模拟信号采集模块采用压阻式压力传感器，所述压阻式压力传感器膜片直接与介质接触。
5.根据权利要求 4 所述的压力传感测温系统，其特征在于，所述模拟信号采集模块包括压力差分信号输出接口和温度差分信号输出接口；所述温度差分信号输出接口还包括用于差分消除直流电平的温度差分参考电压输出端。
6.根据权利要求 5 所述的压力传感测温系统，其特征在于，所述数字信号采集模块包括第一数字采集接口和第二数字采集接口；
所述第一数字采集接口采集模拟压力差分信号；
所述第二数字采集接口采集模拟温度差分信号。
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