CN107741295A - 一种mens电容式气压传感器测试标定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MENS电容式气压传感器测试标定装置及方法，其中装置包括：压力容器、数字压力表、第一电动调节阀、空气泵、第二电动调节阀、导气管、固定插槽、支撑平台、计算机以及信号采集处理系统。用以根据所述数字压力表所采集的气压值调节所述空气泵、第一电动调节阀及第二电动调节阀，以调节所述压力容器内的气压，由被测试样检测压力容器内的气压输出传感器数据；上位机，用以获取转换的电压信号及电容信号，并采用反函数的传感器标定方法对所述MEMS电容气压传感器进行标定。上述装置结构简单可靠，成本低，可操作性强，整体的测试过程实现半自动化，提高了测试效率和测试精度，同时，标定原理极其简单，计算十分便捷。
Description
技术领域
本发明涉及仪表测量技术领域，特别是涉及一种电容式气压传感器测试标定装置及方法。
背景技术
随着微电子和微机械加工技术的日益完善，IC制造技术引入到精密机械制造，出现了微机械、微型传感器、微型执行器等微机械制造技术。其中微型机械与其控制处理电路集成在一起，组成微机电系统—MEMS((Microelectro Mechanical Systems)。该系统中有关微机械电容式气压传感器，具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、易于集成和智能化等特点，特别是它的微米量级特征尺寸使这种微机械电容式气压传感器获得了越来越多的应用。
由于MEMS电容式气压传感器电极的极板面积非常小，其电容量一般只有几个皮法(pF)，对于敏感被测信号其变化量就更小，MEMS气压传感器电容的变化可能小至飞法(fF)级，这就对MEMS电容式气压传感器测量标定装置提出了非常高的要求。
传感器标定是设计、制造和使用传感器的一个重要环节，任何传感器制造、装配完毕，都必须对设计指标进行标定试验，以保证量值的准确性。当前，MEMS气压传感器测试系统结构复杂，测试技术繁琐，微观测试仪器价格昂贵，成本高。在测试系统中，一般采用传感器对被测信号进行拾取和转换。目前常用的一些标定方法中：硬件补偿法难以作到全程有效补偿，且存在补偿电路硬件漂移等问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述现有技术中的MEMS电容式气压传感器测试标定装置的标定结果不理想、结构复杂的问题，提供一种能够实现标定结果理想、结构简单的MEMS电容式气压传感器测试标定装置及方法。
本发明的技术方案为：一种MEMS电容式气压传感器测试标定装置，包括压力容器、上位机、信号采集处理系统；
连接于所述压力容器上端的数字压力表及第一电动调节阀；
连接于所述压力容器的空气泵；
连接于所述空气泵及压力容器之间的第二电动调节阀；
所述的压力容器、数字压力表、第一电动调节阀及第二电动调节阀通过导气管进行连接；
所述压力容器的底部放置MEMS电容式气压传感器，用以采集所述压力容器内的气压信号；并将MEMS电容式气压传感器放置在压力容器内的固定插槽里；固定插槽上有接线柱，能够与外部信号采集处理系统进行信号传递；
位于所述压力容器底部的支撑平台，用以支撑所述压力容器、数字压力表和第一电动调节阀；
所述上位机通过数据信号线与信号采集处理系统相连，信号采集处理系统分别用于采集控制MEMS电容式气压传感器的气压数据、空气泵的电流数据、第一电动调节阀的开度、第二电动调节阀的开度、数字压力表的气压数据，传递给上位机由上位机进行转换处理。
进一步，由空气泵、数字压力表、第一电动调节阀、第二电动调节阀与信号采样处理系统为压力容器提供不同的气压环境，经MEMS电容式气压传感器进行检测，并将传感器数据传递给信号采集处理系统，由信号采集处理系统初步处理，将初步处理数据传送给电性连接于信号采集处理系统的上位机，采用反函数的传感器标定方法对所述MEMS电容气压传感器进行标定。
进一步，信号采集处理系统包括精密电源、单片机控制芯片、AD转换芯片及其外围电路，用以根据所述数字压力表所检测的气压值，调节所述空气泵、第一电动调节阀及第二电动调节阀，以调节所述压力容器内的气压的大小。
进一步，所述单片机控制芯片为STM32F103RCT6单机控制芯片；所述AD转换芯片为PCAP01-AD芯片；所述单片机控制芯片与AD转换芯片通过SPI串行接口通信。
本发明的方法的技术方案包括以下步骤：
步骤1，建立MEMS电容式气压传感器输入-输出之间一个函数关系，满足一一对应关系，设x为自变量，y、z为因变量，明确自变量x，因变量y、z对应的物理参数，其中x表示气压输入，y、z分别表示电容输出和电压输出；
步骤2，利用方程F(x,y)＝0、F(x,z)＝0分别建立x与y、z之间的函数关系，设f(y)＝cx、f(z)＝ux；
步骤3，根据函数逼近论知，任何一个初等函数均可以用一个适当的k次多项式去充分逼近它，利用上位机根据误差限确定次数k，同时，根据切比雪夫最佳一致逼近法的基本思想来设定MEMS电容式气压传感器的输出电容y、电压z的标定曲线的多项式；
步骤4，根据最小二乘法原理，列写表达式f(yi)、f(zi)的关于偏差ε的拟合曲线公式：
其中ε1、ε2分别表示检测电容偏差和检测电容偏差，xi、f(yi)、f(zi)分别表示第i次检测的输入气压、输出电压和输出电容；
步骤5，按照实验设定要求误差ε取得极小值，对偏差ε拟合公式中关于的所有待定系数求解一阶偏导数，得到由f(yi)、f(zi)的所有待定系数组成的方程组，并令其值全部为零，求解f(yi)、f(zi)的所有待定系数；
步骤6，由上述得到的关于f(yi)、f(zi)的所有待定系数来确定由 的确定表达式；
步骤7，基于反函数来修正求解表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux；
步骤8，上位机利用标定曲线实现对MEMS电容式气压传感器输出信号数据的转换和标定。
进一步，所述步骤3的具体实现过程为：
步骤3.1，选定函数g(x)，使它是已知函数f(x)在一定意义下的近似表示，并求出用g(x)近似表示f(x)而产生的误差；由函数逼近论知，任何一个初等函数均可以用一个适当的k次多项式去充分逼近它；
步骤3.2，根据切比雪夫提出的以判断多项式为最佳逼近元的特征定理:已知[a,b]区间上的连续函数f(x)，假，(n≥0)，叫做f(x)的n阶最佳一致逼近值，简称为最佳逼近值，简记为En(f)；能使极小值实现的多项叫做f(x)的n阶最佳逼近多项式；根据切比雪夫最佳一致逼近法的基本思想来设定MEMS电容式气压传感器的输出函数y、z的多项式；
步骤3.3，根据切比雪夫提出的最佳逼近理论，可设MEMS电容式气压传感器的输出电容y、电压z的标定曲线的多项式为其中，xk为第k次检测的气压,ck、uk分别代表k次检测后电容、电压标定系数，f(yn)、f(zn)分别代表第n次检测的电容值、电压值；
步骤3.4，由上面设定的电容输出f(yn)、f(zn)电压输出的两个标准的多项式，其次数k可根据实验时实际情况的需要人为或者上位机根据误差限等确定，但必须满足k≤n+1。
进一步，所述步骤6的具体实现过程为：
步骤6.1，明确自变量x，因变量y、z对应的物理参数，即x表示气压输入，y、z分别代表电容输出、电压输出；
步骤6.2，根据切比雪夫定理知，任何一个初等函数均可以用一个适当的k次多项式去充分逼近它，利用上位机结合测得的数据人为设定误差限确定拟合多项式的次数k；
步骤6.3，根据最小二乘法原理，列写表达式f(yi)、f(zi)的关于偏差ε的拟合曲线公式：
其中ε1、ε2分别表示检测电容偏差和检测电容偏差，xi、f(yi)、f(zi)分别表示第i次检测的输入气压、输出电压和输出电容；
步骤6.4，按照实验设定要求误差ε取得极小值，对偏差ε拟合公式中关于的所有待定系数求解一阶偏导数，得到由f(yi)、f(zi)的所有待定系数组成的方程组，并令其值全部为零，求解f(yi)、f(zi)的所有待定系数；
步骤6.5，由上述得到的关于f(yi)、f(zi)的所有待定系数来确定的表达式。
进一步，还包括整个测试过程中参数的标定：
步骤8.1，单片机控制芯片进行系统初始化以及测试标定装置的通信校验，若如无法通信检查装置；
步骤8.2，上位机发命令采集数据，并临时存到存储表格中；达到设定采集个数停止记录，并送出数据处理的寄存器中；同时，采集的数据不断的更新到临时寄存器中；
步骤8.3，利用最小二乘法分别计算出输出电容、输出电压的表达式f(yi)、f(zi)关于偏差ε的拟合曲线公式:中的第一次输出电容系数、输出电压系数，其中ε1、ε2分别表示检测电容偏差和检测电容偏差，xi、f(yi)、f(zi)分别表示第i次检测的输入气压、输出电压和输出电容。之后再利用下一次检测到的输出电容数据和输出电压数据来计算输出电容系数、输出电压系数，最终达到所设定的检测次数之后，将每一次的电容值、电压值计算平均值；
步骤8.4，求解出气压输入与输出电容、输出电压的关系表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux，调用临时寄存器的值，进行基于反函数的验证，并再一次修正表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux的值；
步骤8.5，在经过多次的迭代和检验之后完成表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux的输出，并标定显示在上位机上。
上述MEMS电容式气压传感器测试标定装置结构简单可靠，成本低，可操作性强，整体的测试过程实现半自动化，提高了测试效率和测试精度，同时，标定原理极其简单，计算十分便捷。
附图说明
图1为本发明一优选实施方式的MEMS电容式气压传感器测试标定装置的结构示意图；
图2为本发明一优选实施方式的MEMS电容式气压传感器测试标定装置的信号采集处理系统的模块示意图。
图3为MEMS电容式气压传感器数据标定的工作流程图。
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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明一优选实施方式的MEMS电容式气压传感器测试标定装置，该MEMS电容式气压传感器测试标定装置包括导气管(100)、压力容器(110)、数字压力表(120)、第一电动调节阀(131)、第二电动调节阀(132)、空气泵(140)、支撑平台(180)、固定插槽(190)。通过导气管(100)连接于压力容器(110)上端的数字压力表(120)及第一电动调节阀(131)，连接于压力容器(110)右端的空气泵(140)及第二电动调节阀(132)，被测试的MEMS电容式气压传感器(150)置于压力容器(110)底端，本实施方式中的压力容器(110)按照使用标准设计，适合于多种MEMS气压传感器。
上述MEMS电容式气压传感器测试标定装置还包括位于所述压力容器(110)底部的支撑平台(180)，该支撑平台(180)用以支撑所述压力容器(110)。其中，上述MEMS电容式气压传感器(150)的设置于所述压力容器(110)及所述支撑平台(180)之间。更详细地说，上述MEMS电容式气压传感器测试标定装置还包括固定插槽，该固定插槽用以固定所述MEMS电容式气压传感器(150)，将MEMS电容式气压传感器平稳的放到固定插槽上按下，通过固定插槽(190)上的接线柱压力容器(110)外部的信号采集处理系统进行数据通信。
上述MEMS电容式气压传感器测试标定装置内的MEMS电容式气压传感器(150)与信号采样处理系统及上位机通信。MEMS电容式气压传感器(150)、空气泵(140)、数字压力表(120)、第一电动调节阀(131)及第二电动调节阀(132)与信号采集处理系统电性连接，分别通过数据信号线进行数据通信。将压力容器(110)置于支撑平台(180)上，由空气泵(140)为压力容器(110)提供气压，信号采样处理系统用以根据压力容器(110)上端的数字压力表(120)所采集的气压值进行调节所述空气泵(140)、第一电动调节阀(131)及第二电动调节阀(132)，以调节所述压力容器(110)内的气压的大小，从而给MEMS电容式气压传感器(150)提供不同的稳定的气压环境；同时，信号采集处理系统通过数据信号线与上位机连接，用以采集处理电容信号和电压信号。
压力容器(110)内的MEMS电容式气压传感器(150)采集上述压力容器(110)内的气压，将检测到的气压信号转换为相应的数字信号，由信号采集处理系统对传感器数据进行初步处理并传送给上位机，上位机电性连接于所述信号采集处理系统，该上位机用以获取所述测量数据，采用反函数的传感器标定方法对所述MEMS电容气压传感器(150)进行标定。
具体地，如图2所示，上述信号采集处理系统包括单片机控制芯片、AD转换芯片及其外围电路。本实施方式中，上述单片机控制芯片为STM32F103RCT6单机控制芯片，上述AD转换芯片为PCAP01-AD芯片，且该单片机控制芯片与上述AD转换芯片通过SPI串行接口实现通信。
上述信号采集处理系统还包括精密电源，该精密电源用以为上述单片机控制芯片、AD转换芯片及其外围电路提供稳定工作电压。
上述MEMS电容式气压传感器测试标定装置(110)由空气泵(140)、第一电动调节阀(131)、第二电动调节阀(132)和信号采样处理系统控制，为压力容器(110)提供不同的气压环境，MEMS电容式气压传感器检测气压信号，经信号采样处理系统采集和处理，将输出信号数据发送至上位机，从而搭建一个MEMS电容式气压传感器测试标定平台。
本实施方式中的一优选实施例的上位机利用基于LabVIEW的虚拟仪器技术对MEMS电容式气压传感器输出信号数据进行采集、处理和标定，程序的编写包含了前面板和后面板的设计。前面板以一种友好的界面控制输出信号数据的显示，后面板主要是对程序控制流和数据流进行描述。下位机采用C语言和汇编语言编程实现气压的设定和MEMS电容式气压传感器数据的测试。如图3所示，本发明中MEMS电容式气压传感器信号采集处理系统的主程序处理流程，主程序首先初始化单片机STM32F103RCT6的外设，包括时钟，GPIO模块，SPI模块和USART模块。然后配置PCAP01-AD芯片，下载PCAP01的标准固件。然后设置不同气压值，通过MENS电容式气压传感器检测气压信号，经过PCAP01-AD芯片检测和单片机STM32F103RCT6处理，输出电容信号和电压信号，控制芯片STM32F103RCT6通过C语言编程，对转换数据进行分组打包处理，每组自行设定测量次数并做记录，将测试结果和记录数据通过SPI串口通信传送给上位机，最后，由上位机对MEMS电容式气压传感器的输出信号数据进行转换和标定。
对于MEMS电容式气压传感器输出数据的标定，更详细地说，在不用确切知道MEMS电容式气压传感器输入-输出函数表达式的情况下，建立MEMS电容式气压传感器输入-输出之间一个函数关系，需要满足一一对应关系。
步骤1：设x为自变量，y、z为因变量，{(xn,yn)}和{(xn,zn)}分别为MEMS电容式气压传感器标定点的坐标(x1,y1)，(x2,y2)，…，(xi,yi)，…，(xn,yn)和(x1,z1)，(x2,z2)，…，(xi,zi)…，(xn,zn)，其中，{xn}为气压输入，{yn}、{zn}分别为对应的电容输出和电压输出，
步骤2：列方程F(x,y)＝0、F(x,z)＝0，设f(y)＝cx、f(z)＝ux分别建立自变量x与因变量y、z之间的函数关系，其中c、u分别代表电容、电压标定系数。由函数的概念可知，x和y、z必然满足一一对应关系。
步骤3：函数逼近论是求解函数的一种重要的方法，涉及到的基本问题是函数的近似表示问题。在数学的理论研究和实际应用中经常遇到：在选定的一类函数中寻找某个函数，如g(x)，使它是已知函数f(x)在一定意义下的近似表示，并求出用g(x)近似表示f(x)而产生的误差。由函数逼近论知，任何一个初等函数均可以用一个适当的k次多项式去充分逼近它。
根据切比雪夫提出的以判断多项式为最佳逼近元的特征定理。已知[a,b]区间上的连续函数f(x)，假，(n≥0)，叫做f(x)的n阶最佳一致逼近值，简称为最佳逼近值，简记为En(f)。能使极小值实现的多项叫做f(x)的n阶最佳逼近多项式。多项式就是著名的切比雪夫多项式。根据切比雪夫最佳一致逼近法的基本思想来设定MEMS电容式气压传感器的输出函数y、z的多项式。
根据切比雪夫提出的最佳逼近理论，可设MEMS电容式气压传感器的输出电容y、电压z的标定曲线的多项式为其中，xk为第k次检测的气压,ck、uk分别代表k次检测后电容、电压标定系数，f(yn)、f(zn)分别代表第n次检测的电容值、电压值。
步骤4：由上面设定的电容输出f(yn)、f(zn)电压输出的两个标准的多项式，其次数k可根据实验时实际情况的需要人为或者上位机根据误差限等确定，但必须满足k≤n+1。
步骤5：关于输出电容f(yi)、输出电压f(zi)的偏差ε的拟合多项式的求解步骤如下：
步骤5.1，明确自变量x，因变量y、z对应的物理参数，即x表示气压输入，y、z分别代表电容输出、电压输出；
步骤5.2，根据切比雪夫定理知，任何一个初等函数均可以用一个适当的k次多项式去充分逼近它，利用上位机结合测得的数据人为设定误差限确定拟合多项式的次数k。
步骤5.3，根据最小二乘法原理，列写表达式f(yi)、f(zi)的关于偏差ε的拟合曲线公式：
其中ε1、ε2分别表示检测电容偏差和检测电容偏差，xi、f(yi)、f(zi)分别表示第i次检测的输入气压、输出电压和输出电容。
步骤5.4，按照实验设定要求误差ε取得极小值，对偏差ε拟合公式中关于的所有待定系数求解一阶偏导数，得到由f(yi)、f(zi)的所有待定系数组成的方程组，并令其值全部为零，求解f(yi)、f(zi)的所有待定系数。
步骤5.5，由上述得到的关于f(yi)、f(zi)的所有待定系数来确定由的确定表达式。
步骤6，基于反函数来修正求解表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux；
步骤7：用最小二乘法计算偏差ε的拟合曲线公式和的系数时，上位机模块调用格式为：dianrongnihexishu({(yn,xn)})，dianyanihexishu({(zn,xn)})，即分别将MEMS电容式气压传感器在标定点{(xn,yn)}、{(xn,zn)}的坐标变换为{(yn,xn)}，{(zn,xn)}后代入该模块。其中，验证标定点{(xn,yn)}、{(xn,zn)}的标定结果的表达式分别为：
标定值(u)：{f(yn)}、{f(zn)}
绝对误差(u)：{f(yn)-xn}、{f(zn)-xn}
相对误差(％)：
非线性误差(％):
基于反函数的MEMS电容式气压传感器标定法的实质是直接将传感器的输出y、z当作自变量，将输入x当作函数值，应用最小二乘法拟合输入-输出的反函数曲线x＝f(y)、x＝f(z)，该曲线为输出y、z的标定曲线。最终通过得到的气压值、电容值和电压值分别代入标定点，借助上位机利用标定曲线实现对MEMS电容式气压传感器输出信号数据的转换和标定。
其中，参数标定的过程如下；
(1)单片机控制芯片进行系统初始化以及测试标定装置的通信校验，若如无法通信检查装置；
(2)上位机发命令采集数据，并临时存到存储表格中；达到设定采集个数停止记录，并送出数据处理的寄存器中；同事采集的数据不断的更新到临时寄存器中；
(3)利用最小二乘法分别计算出输出电容、输出电压的表达式f(yi)、f(zi)关于偏差ε的拟合曲线公式:中的第一次输出电容系数、输出电压系数，其中ε1、ε2分别表示检测电容偏差和检测电容偏差，xi、f(yi)、f(zi)分别表示第i次检测的输入气压、输出电压和输出电容。之后再利用下一次检测到的输出电容数据和输出电压数据来计算输出电容系数、输出电压系数，最终达到所设定的检测次数之后，将每一次的电容值、电压值计算平均值。
(4)求解出气压输入与输出电容、输出电压的关系表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux，调用临时寄存器的值，进行基于反函数的验证，并再一次修正表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux的值；
(5)在经过多次的迭代和检验之后完成表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux的输出，并标定显示在上位机上；
本发明上述实施方式公开了一种MEMS电容式气压传感器测试标定装置，采用单片机STM32F103RCT6芯片作为控制核心，自动控制空气泵、第一电动调节阀和第二电动调节阀，为MEME电容式气压传感器提供不同的稳定的气压环境；与PCAP01-AD芯片以及外围电路连接搭建信号采样处理系统，将MEMS电容式气压传感器测试结果数据传送给上位机，由上位机分析与处理，对MEMS电容式气压传感器的测试结果数据采用基于反函数的传感器标定方法。整个测试标定装置结构简单可靠，成本低，可操作性强，整体的测试过程实现半自动化，提高了测试效率和测试精度，标定效果好，具有较强的实际应用价值和现实意义。
本发明另一优选实施方式公开了一种MEMS电容式气压传感器测试标定方法，其主要利用上述实施方式中的MEMS电容式气压传感器测试标定装置。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种MEMS电容式气压传感器测试标定装置，其特征在于，包括压力容器(110)、上位机(170)、信号采集处理系统；
连接于所述压力容器(110)上端的数字压力表(120)及第一电动调节阀(131)；
连接于所述压力容器(110)的空气泵(140)；
连接于所述空气泵(140)及压力容器(110)之间的第二电动调节阀(132)；
所述的压力容器(110)、数字压力表(120)、第一电动调节阀(131)及第二电动调节阀(132)通过导气管(100)进行连接；
所述压力容器(110)的底部放置MEMS电容式气压传感器(150)，用以采集所述压力容器(110)内的气压信号；并将MEMS电容式气压传感器(150)放置在压力容器(110)内的固定插槽(190)里；固定插槽(190)上有接线柱，能够与外部信号采集处理系统进行信号传递；
位于所述压力容器(110)底部的支撑平台(180)，用以支撑所述压力容器(110)、数字压力表(120)和第一电动调节阀(131)；
所述上位机(170)通过数据信号线(160)与信号采集处理系统相连，信号采集处理系统分别用于采集控制MEMS电容式气压传感器(150)的气压数据、空气泵(140)的电流数据、第一电动调节阀(131)的开度、第二电动调节阀(132)的开度、数字压力表(120)的气压数据，传递给上位机(170)由上位机进行转换处理。
2.根据权利要求1所述的MEMS电容式气压传感器测试标定装置，其特征在于，还包括：由空气泵(140)、数字压力表(120)、第一电动调节阀(131)、第二电动调节阀(132)与信号采样处理系统为压力容器(110)提供不同的气压环境，经MEMS电容式气压传感器(150)进行检测，并将传感器数据传递给信号采集处理系统，由信号采集处理系统初步处理，将初步处理数据传送给电性连接于信号采集处理系统的上位机，采用反函数的传感器标定方法对所述MEMS电容气压传感器(150)进行标定。
3.根据权利要求1所述的MEMS电容式气压传感器测试标定装置，其特征在于，信号采集处理系统包括精密电源、单片机控制芯片、AD转换芯片及其外围电路，用以根据所述数字压力表(120)所检测的气压值，调节所述空气泵(140)、第一电动调节阀(131)及第二电动调节阀(132)，以调节所述压力容器(110)内的气压的大小。
4.根据权利要求1所述的MEMS电容式气压传感器测试标定装置，其特征在于，所述单片机控制芯片为STM32F103RCT6单机控制芯片；所述AD转换芯片为PCAP01-AD芯片；所述单片机控制芯片与AD转换芯片通过SPI串行接口通信。
5.根据权利要求1-4任一项所述的MEMS电容式气压传感器测试标定装置的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立MEMS电容式气压传感器输入-输出之间一个函数关系，满足一一对应关系，设x为自变量，y、z为因变量，明确自变量x，因变量y、z对应的物理参数，其中x表示气压输入，y、z分别表示电容输出和电压输出；
步骤2，利用方程F(x,y)＝0、F(x,z)＝0分别建立x与y、z之间的函数关系，设f(y)＝cx、f(z)＝ux；
步骤3，根据函数逼近论知，任何一个初等函数均可以用一个适当的k次多项式去充分逼近它，利用上位机根据误差限确定次数k，同时，根据切比雪夫最佳一致逼近法的基本思想来设定MEMS电容式气压传感器的输出电容y、电压z的标定曲线的多项式；
步骤4，根据最小二乘法原理，列写表达式f(yi)、f(zi)的关于偏差ε的拟合曲线公式：
<mrow>
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其中ε1、ε2分别表示检测电容偏差和检测电容偏差，xi、f(yi)、f(zi)分别表示第i次检测的输入气压、输出电压和输出电容；
步骤5，按照实验设定要求误差ε取得极小值，对偏差ε拟合公式中关于的所有待定系数求解一阶偏导数，得到由f(yi)、f(zi)的所有待定系数组成的方程组，并令其值全部为零，求解f(yi)、f(zi)的所有待定系数；
步骤6，由上述得到的关于f(yi)、f(zi)的所有待定系数来确定由 的确定表达式；
步骤7，基于反函数来修正求解表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux；
步骤8，上位机利用标定曲线实现对MEMS电容式气压传感器输出信号数据的转换和标定。
6.根据权利要求5所述的MEMS电容式气压传感器测试标定装置的标定方法，其特征在于，所述步骤3的具体实现过程为：
步骤3.1，选定函数g(x)，使它是已知函数f(x)在一定意义下的近似表示，并求出用g(x)近似表示f(x)而产生的误差；由函数逼近论知，任何一个初等函数均可以用一个适当的k次多项式去充分逼近它；
步骤3.2，根据切比雪夫提出的以判断多项式为最佳逼近元的特征定理:已知[a,b]区间上的连续函数f(x)，假，(n≥0)，叫做f(x)的n阶最佳一致逼近值，简称为最佳逼近值，简记为En(f)；能使极小值实现的多项叫做f(x)的n阶最佳逼近多项式；根据切比雪夫最佳一致逼近法的基本思想来设定MEMS电容式气压传感器的输出函数y、z的多项式；
步骤3.3，根据切比雪夫提出的最佳逼近理论，可设MEMS电容式气压传感器的输出电容y、电压z的标定曲线的多项式为其中，xk为第k次检测的气压,ck、uk分别代表k次检测后电容、电压标定系数，f(yn)、f(zn)分别代表第n次检测的电容值、电压值；
步骤3.4，由上面设定的电容输出f(yn)、f(zn)电压输出的两个标准的多项式，其次数k可根据实验时实际情况的需要人为或者上位机根据误差限等确定，但必须满足k≤n+1。
7.根据权利要求5所述的MEMS电容式气压传感器测试标定装置的标定方法，其特征在于，所述步骤6的具体实现过程为：
步骤6.1，明确自变量x，因变量y、z对应的物理参数，即x表示气压输入，y、z分别代表电容输出、电压输出；
步骤6.2，根据切比雪夫定理知，任何一个初等函数均可以用一个适当的k次多项式去充分逼近它，利用上位机结合测得的数据人为设定误差限确定拟合多项式的次数k；
步骤6.3，根据最小二乘法原理，列写表达式f(yi)、f(zi)的关于偏差ε的拟合曲线公式：
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<mi>x</mi>
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</msup>
</mrow>
其中ε1、ε2分别表示检测电容偏差和检测电容偏差，xi、f(yi)、f(zi)分别表示第i次检测的输入气压、输出电压和输出电容；
步骤6.4，按照实验设定要求误差ε取得极小值，对偏差ε拟合公式中关于的所有待定系数求解一阶偏导数，得到由f(yi)、f(zi)的所有待定系数组成的方程组，并令其值全部为零，求解f(yi)、f(zi)的所有待定系数；
步骤6.5，由上述得到的关于f(yi)、f(zi)的所有待定系数来确定 的表达式。
8.根据权利要求5所述的MEMS电容式气压传感器测试标定装置的标定方法，其特征在于，还包括整个测试过程中参数的标定：
步骤8.1，单片机控制芯片进行系统初始化以及测试标定装置的通信校验，若如无法通信检查装置；
步骤8.2，上位机发命令采集数据，并临时存到存储表格中；达到设定采集个数停止记录，并送出数据处理的寄存器中；同时，采集的数据不断的更新到临时寄存器中；
步骤8.3，利用最小二乘法分别计算出输出电容、输出电压的表达式f(yi)、f(zi)关于偏差ε的拟合曲线公式:中的第一次输出电容系数、输出电压系数，其中ε1、ε2分别表示检测电容偏差和检测电容偏差，xi、f(yi)、f(zi)分别表示第i次检测的输入气压、输出电压和输出电容。之后再利用下一次检测到的输出电容数据和输出电压数据来计算输出电容系数、输出电压系数，最终达到所设定的检测次数之后，将每一次的电容值、电压值计算平均值；
步骤8.4，求解出气压输入与输出电容、输出电压的关系表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux，调用临时寄存器的值，进行基于反函数的验证，并再一次修正表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux的值；
步骤8.5，在经过多次的迭代和检验之后完成表达式f(y)＝cx、f(z)＝ux的输出，并标定显示在上位机上。
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