CN106895929A - 提高嵌入式压力传感器输出精度的温度压力补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高嵌入式压力传感器输出精度的温度压力补偿方法，其特征是，采用传感器信号处理芯片采集压力传感器的压力信号及电桥阻值变化，将压力输出变为基于温度压力的多项表达式；然后通过上位机对不同温度压力进行基于最小二乘法的多项式拟合，计算出多项表达式的系数。本发明所述的提高嵌入式压力传感器输出精度的温度压力补偿方法，可以灵活地实现多个温度点、多个压力点的拟合计算，并且在实践中，可以根据我们基于压阻式压力传感器的经验，有效地设置温度点和压力点以便获取更加有效地拟合。
Description
技术领域
本发明涉及微电子机械系统的传感器技术领域，特别是涉及一种压阻式压力传感器的补偿方法。
背景技术
微电子机械系统又称MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)是目前大规模制造微型高性能器件，如压力传感器，加速度计等的先进技术。MEMS压力传感器主要包括压阻式压力传感器和电容式压力传感器。其中压阻式压力传感器是应用最广的MEMS器件。
压阻式压力传感器依靠一层压力膜来感应外界介质压力。通过微细加工工艺，可以在压力膜上制作压阻元件，这些压阻元件特点是其电阻值对于应力非常敏感。当施加外界压力时，压力膜就会发生形变并产生应力，这些应力传导到压阻元件上，会导致压阻元件电阻值发生变化。通过测量电阻变化，就可以将外界的压力变化转变为了电信号输出。
我们通常采用的MEMS压力传感器在使用中有个非常显著的局限性，也就是在不同的温度下，压力传感器的灵敏度和线性都会有不同，这就导致在不同的温度下，传感器输出误差会不同，例如在常温下0.1％FS的准确度，在零下40度或者150度时，误差会达到3％甚至跟高。所以我们再实际应用中，会采用很多不同的方法来补偿温度和压力，包括模拟的方法和数字的方法。模拟的补偿方法，通常只能对温度进行有限的补偿，所以补偿效果非常有限；随着集成电路的技术提高及成本的下降，目前大家已经普遍采用具有数字补偿功能的芯片来达到温度压力补偿的目的。但目前大多数字芯片的由于只能在有限的温度对有限的压力点进行补偿，大大限制了数字补偿的效果，在一些需要高精度压力输出的场合，不能满足用户的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种提高嵌入式压力传感器输出精度的温度压力补偿方法。
为了解决上述问题本发明的技术方案是这样的：
提高嵌入式压力传感器输出精度的温度压力补偿方法，
提高嵌入式压力传感器输出精度的温度压力补偿方法，其特征是，采用传感器信号处理芯片采集压力传感器的压力信号及电桥阻值变化，将压力输出变为基于温度压力的多项表达式；然后通过上位机对不同温度压力进行基于最小二乘法的多项式拟合，计算出多项表达式的系数；
基于温度压力的多项表达式如下：
Pressure：施加的实际压力值，
Kij多项表达式的系数，
Xi传感器信号处理芯片中PADC压力模数寄存器的数值，该数值对应硅压阻电桥输出电压的采样值，
Yj传感器信号处理芯片中TADC温度模数寄存器的数值，该数值对应温度输出的采样值，
i、j是分别是参数X、Y的阶数,Kij为对应项的系数。
对采集的各数据(实施例附表)进行曲面拟合，采用最小二乘法计算出所有数据的最小总误差，从而可以求出该多项式的各系数Kij。
有益效果，本发明所述的提高嵌入式压力传感器输出精度的温度压力补偿方法，可以灵活地实现多个温度点、多个压力点的拟合计算，并且在实践中，可以根据我们基于压阻式压力传感器的经验，有效地设置温度点和压力点以便获取更加有效地拟合。同时，通过嵌入式编程和处理，以及相关的外围电路，我们还可以有效地实现数据通讯、清零等功能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明所述的硅压阻电桥的连接电路示意图。
图2为为电桥输出和PGA900芯片的连接方式示意图。
图3为本发明所述的基于PGA900的压力传感器电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参看图1、图2和图3，图1所示为硅压阻电桥示意，端脚1和3之间施加设定电压给电桥供电，端脚3和4为硅压阻电桥的电压信号输出(对应于压力的变化)；图2所示为电桥输出和PGA900芯片的连接方式。图3是基于PGA900芯片的电路组成，主要功能是实现从电桥采样输出电压值，以及图1中R10两端的电压(对应于电桥的温度变化)，经过芯片内部的采样，多项式计算，再经过数模变换输出对应施加压力的电压值。
以零下10度到50度的温度压力补偿为例(压力量程0～2000kPa G),记录如下表格：其中PADC(输出压力的采样值)、TADC(对应温度的采样值)、DAC_Correction(对应理论电压输出的数模转化器DAC的数值)
在上位机(PC)中，根据以上记录的数据，计算出各多项式系数Kij，然后写入PGA900芯片中的EEPROM。PGA900芯片为德州仪器最新的PGA900传感器信号处理芯片。
MCU实时采集PADC和TADC的数据，利用该系列参数，通过多项式计算出该压力值存入DAC寄存器驱动模拟输出或直接数字输出。
对于大温度范围(比如零下55度到150度范围)，通常的3阶拟合不能满足特定精度的要求，我们还采取了分段拟合的方法，以提高拟合精度，同时也能减少计算量，提高响应频率。如果响应时间要求不高，也可以采用更高阶的多项式拟合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明专利要求保护的范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (3)
1.提高嵌入式压力传感器输出精度的温度压力补偿方法，其特征是，采用传感器信号处理芯片采集压力传感器的压力信号及电桥阻值变化，将压力输出变为基于温度压力的多项表达式；然后通过上位机对不同温度压力进行基于最小二乘法的多项式拟合，计算出多项表达式的系数；
基于温度压力的多项表达式如下：
Pressure：施加的实际压力值，
Kij：多项表达式的系数，
Xi：传感器信号处理芯片中PADC压力模数寄存器的数值，
Yj：传感器信号处理芯片中TADC温度模数寄存器的数值，
i、j：是分别是参数X、Y的阶数，Kij为对应项的系数。
2.根据权利要求1所述的提高嵌入式压力传感器输出精度的温度压力补偿方法，其特征是，所述传感器信号处理芯片中PADC压力模数寄存器的数值，该数值对应硅压阻电桥输出电压的采样值。
3.根据权利要求1所述的提高嵌入式压力传感器输出精度的温度压力补偿方法，其特征是，所述传感器信号处理芯片中TADC温度模数寄存器的数值，该数值对应温度输出的采样值。
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