CN111721466B - 一种修正压力传感器零点漂移的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种修正压力传感器零点漂移的方法和系统，涉及计量测试领域，其包括以下步骤：获取压力传感器在一定的温度T下测量的n个电压值U；将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿，得到对应的n个补偿压力值P_T；求取所有的P_T的平均值δ；根据P_T和δ，基于预设的算法对所有的P_T进行修正，并得到对应的n个修正压力值P。解决了由于环境温度的变化以及电阻内部的残余应力的影响，造成压力传感器的零点漂移，导致传感器的测量精度受到严重影响的问题。

Description

一种修正压力传感器零点漂移的方法和系统

技术领域

本申请涉及计量测试领域，特别涉及一种修正压力传感器零点漂移的方法和系统。

背景技术

目前在车辆动力系统中，气体压力作为一种重要的测量参数，其测量值的精确性严重影响着车辆动力系统的控制。压阻式压力传感器结构简单，易于制造，成本相对较低，其在车辆发动机控制系统气体压力测试中应用最为成熟。现有的压阻式压力传感器是主要都是利用半导体材料的压阻效应制作而成，当压力发生变化时，传感器薄膜产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成正相关的变化，再由惠斯通桥式电路获相应的电压输出信号，之后经过微处理器运算、补偿为控制系统中所需要的压力值。

压力传感器正背二面通入相同的大气压，压力传感器读取值为0，称为基准零点。但是由于压力传感器所处环境的温度剧烈变化，在长期不间断的工作条件下，会导致压力传感器测试的基准零点发生变化并不断累积，造成压阻式压力传感器产生非线性和温度漂移，使得测量数据存在误差，造成传感器的一致性和重复性较差；而且传感器薄膜及电阻内部的残余应力也会造成传感器的零点漂移，导致传感器的测量精度受到严重影响。

发明内容

本申请实施例提供一种修正压力传感器零点漂移的方法和系统，以解决相关技术中由于环境温度的变化以及电阻内部的残余应力的影响，造成压力传感器的零点漂移，导致传感器的测量精度受到严重影响的问题。

第一方面，提供了一种修正压力传感器零点漂移的方法，其包括以下步骤：

获取压力传感器在一定的温度T下测量的n个电压值U；

将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿，得到对应的n个补偿压力值P_T；

求取所有的P_T的平均值δ；

根据P_T和δ，基于预设的算法对所有的P_T进行修正，并得到对应的n个修正压力值P。

一些实施例中，所述预设的算法如下：

其中，Pⁱ为第i个修正压力值；

为第i个补偿压力值，i＝1，2，3......n。

一些实施例中，在将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿，得到对应的n个补偿压力值P_T之前，所述方法还包括构建温度补偿模型的步骤，其包括以下步骤：

在不同的预设温度下，对压力传感器施加n个不同的预设压力；

获取所述压力传感器在各预设温度下输出的与n个预设压力一一对应的n个电压值；

获取在各预设温度下，所述压力传感器的电压值与预设压力之间的线型关系；

绘制关于温度、电压值与预设压力的表格，得到温度补偿模型。

一些实施例中，获取在各预设温度下，所述压力传感器的电压值与预设压力之间的线型关系，具体包括以下步骤：

采用多折线逼近标定法，获取在各预设温度下，所述压力传感器的电压值与预设压力之间的线型关系。

一些实施例中，将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿之前，还包括以下步骤：

将U经过低通滤波器进行降噪处理。

一些实施例中，所述低通滤波器为巴特沃斯滤波器、平滑滤波器和FIR加窗滤波器中的一种。

一些实施例中，求取所有的P_T的平均值δ，具体包括以下步骤：

其中，

为第i个补偿压力值，i＝1，2，3......n。

第二方面，提供了一种修正压力传感器零点漂移的系统，其包括：

数据获取模块，其用于获取压力传感器在一定的温度T下测量的n个电压值U；

温度补偿模块，其用于将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿，得到对应的n个补偿压力值P_T；

计算模块，其用于求取所有的P_T的平均值δ，以及根据P_T和δ，基于预设的算法对所有的P_T进行修正，并得到对应的n个修正压力值P。

一些实施例中，所述预设的算法如下：

其中，Pⁱ为第i个修正压力值；

为第i个补偿压力值，i＝1，2，3......n。

一些实施例中，所述计算模块按照如下算法求取所有的P_T的平均值δ：

其中，

为第i个补偿压力值，i＝1，2，3......n。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：消除了由环境温度造成的温度漂移和传感器内部残余应力或老化的造成的系统误差，大大消减了零点漂移值，得到更精确的修正压力值，使得压力传感器的测量结果更精确，提高压力传感器测量的一致性和重复性。

本申请实施例提供了一种修正压力传感器零点漂移的方法和系统，由于本申请通过温度补偿模型除去了由环境温度对压力传感器电阻压阻系数的影响而造成的温度漂移值，通过静态校零算法消除传感器内部残余应力或老化而造成的系统误差，最终得到消减了零点漂移值的修正压力值，因此使得压力传感器的测量结果更精确，提高压力传感器测量的一致性和重复性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种修正压力传感器零点漂移的方法的流程图；

图2为构建温度补偿模型的流程图；

图3为温度补偿模型的线型图；

图4为本申请实施例提供的一种修正压力传感器零点漂移的系统的结构框图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

第一方面，参见图1所示，本申请实施例提供了一种修正压力传感器零点漂移的方法，其包括以下步骤：

S1：获取压力传感器在一定的温度T下测量的n个电压值U；在温度T下(温度已知)，通过对压力传感器的一面持续通入大气压，使压力传感器薄膜产生应变，并输出n个电压值U；由于传感器存在零点漂移(包含环境温度造成的温度漂移和传感器内部残余应力或老化的造成的系统误差)，而且目前的压力传感器测量的电压值与被测压力值之间呈线型关系，未考虑环境温度的影响，因此在任何温度下测量的电压值，都只对应一个压力值，因此按照目前的电压与压力之间的关系，得到的压力值包含了由温度造成的温度漂移和残余应力或老化造成的系统误差，需要除去由温度造成的温度漂移和残余应力或老化造成的系统误差之后得到的压力值才是更精确的压力值。

S2：将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿，得到对应的n个补偿压力值P_T；预设的温度补偿模型建立了温度、电压和压力之间的关系，压力值与压力传感器的测量温度和测量电压值均有关，温度补偿模型输出的补偿压力值P_T是压力传感器在温度T下对应的压力值，因此得到的补偿压力值P_T已经除去了环境温度造成的温度漂移值，只包含了残余应力或老化造成的系统误差，所以还需要除去由残余应力或老化造成的系统误差。

S3：静态校零算法：求取所有的P_T的平均值δ；得到的平均值δ即为由残余应力或老化造成的系统误差。

S4：根据P_T和δ，基于预设的算法对所有的P_T进行修正，并得到对应的n个修正压力值P。将每个补偿压力值P_T减去δ，就可以得到修正压力值P，且得到的P为除去了由温度造成的温度漂移和残余应力或老化造成的系统误差之后的修正压力值。

本申请实施例通过温度补偿模型除去了由环境温度对压力传感器电阻压阻系数的影响而造成的温度漂移值，通过静态校零算法消除传感器内部残余应力或老化而造成的系统误差，最终得到消减了零点漂移值的修正压力值，使得压力传感器的测量结果更精确，提高压力传感器测量的一致性和重复性。

优选的，预设的算法如下：

其中，Pⁱ为第i个修正压力值；

为第i个补偿压力值，i＝1，2，3......n。将每个电压值对应的补偿压力值P_T减去δ，就可以得到每个电压值对应的修正压力值P，且得到的P为除去了由温度造成的温度漂移和残余应力或老化造成的系统误差之后的修正压力值。

进一步的，参见图2所示，在步骤S2：将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿，得到对应的n个补偿压力值P_T之前，方法还包括构建温度补偿模型的步骤，其包括以下步骤：

S21：在不同的预设温度下，对压力传感器施加n个不同的预设压力；在温度T₁下，对压力传感器施加n个不同的预设压力；在温度T₂下，对压力传感器施加n个不同的预设压力；......在温度T_n下，对压力传感器施加n个不同的预设压力。

S22：参见图3所示，获取压力传感器在各预设温度下输出的与n个预设压力一一对应的n个电压值；在温度T₁下，压力传感器输出n个电压值U₁、U₂、......U_n；在温度T₂下，压力传感器输出n个电压值U₁、U₂、......U_n；......在温度T_n下，压力传感器输出n个电压值U₁、U₂、......U_n。因此可以获得在温度T₁下，U₁对应的电压值P(U₁，T₁)，U₂对应的电压值P(U₂，T₁)，......U_n对应的电压值P(U_n，T₁)；在温度T₂下，U₁对应的电压值P(U₁，T₂)，U₂对应的电压值P(U₂，T₂)，......U_n对应的电压值P(U_n，T₂)；......在温度T_n下，U₁对应的电压值P(U₁，T_n)，U₂对应的电压值P(U₂，T_n)，......U_n对应的电压值P(U_n，T_n)。

S23：根据温度、电压值和压力值之间的关系，获取在各预设温度下，压力传感器的电压值与预设压力之间的线型关系。

S24：绘制如下关于温度、电压值与预设压力的表格，得到温度补偿模型。在进行气体压力测量时，利用查表插值法进行温度补偿运算，以获取精确的压力值。

优选的，获取在各预设温度下，压力传感器的电压值与预设压力之间的线型关系，具体包括以下步骤：

采用多折线逼近标定法，获取在各预设温度下，压力传感器的电压值与预设压力之间的线型关系。

进一步的，将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿之前，还包括以下步骤：

将U经过低通滤波器进行降噪处理。低通滤波器用于减少外界干扰造成的测量量的信号噪声，可选择巴特沃斯滤波器、平滑滤波器和FIR加窗滤波器比较理想的低通滤波器。

优选的，求取所有的P_T的平均值δ，具体包括以下步骤：

其中，

为第i个补偿压力值，i＝1，2，3......n。

第二方面，参见图4所示，本申请实施例还提供一种修正压力传感器零点漂移的系统，其包括：

数据获取模块，其用于获取压力传感器在一定的温度T下测量的n个电压值U；通过对压力传感器的一面持续通入大气压，使压力传感器薄膜产生应变，并输出n个电压值U。

温度补偿模块，其用于将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿，得到对应的n个补偿压力值P_T；得到的补偿压力值P_T已经除去了环境温度造成的温度漂移值，只包含了残余应力或老化造成的系统误差，所以还需要除去由残余应力或老化造成的系统误差。

计算模块，其用于求取所有的P_T的平均值δ，以及根据P_T和δ，基于预设的算法对所有的P_T进行修正，并得到对应的n个修正压力值P。将每个补偿压力值P_T减去δ，就可以得到修正压力值P，且得到的P为除去了由温度造成的温度漂移和残余应力或老化造成的系统误差之后的修正压力值。

计算模块按照如下算法求取所有的P_T的平均值δ：

其中，

为第i个补偿压力值，i＝1，2，3......n。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种修正压力传感器零点漂移的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

获取压力传感器在一定的温度T下测量的n个电压值U；

将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿，得到对应的n个补偿压力值P_T；

求取所有的P_T的平均值δ；

根据P_T和δ，基于预设的算法对所有的P_T进行修正，并得到对应的n个修正压力值P；

在将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿，得到对应的n个补偿压力值P_T之前，所述方法还包括构建温度补偿模型的步骤，其包括以下步骤：

在不同的预设温度下，对压力传感器施加n个不同的预设压力；

获取所述压力传感器在各预设温度下输出的与n个预设压力一一对应的n个电压值；

获取在各预设温度下，所述压力传感器的电压值与预设压力之间的线型关系；

绘制关于温度、电压值与预设压力的表格，得到温度补偿模型。

2.如权利要求1所述的修正压力传感器零点漂移的方法，其特征在于，所述预设的算法如下：

其中，Pⁱ为第i个修正压力值；

为第i个补偿压力值，i＝1，2，3......n。

3.如权利要求1所述的修正压力传感器零点漂移的方法，其特征在于，获取在各预设温度下，所述压力传感器的电压值与预设压力之间的线型关系，具体包括以下步骤：

采用多折线逼近标定法，获取在各预设温度下，所述压力传感器的电压值与预设压力之间的线型关系。

4.如权利要求1所述的修正压力传感器零点漂移的方法，其特征在于，将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿之前，还包括以下步骤：

将U经过低通滤波器进行降噪处理。

5.如权利要求4所述的修正压力传感器零点漂移的方法，其特征在于，所述低通滤波器为巴特沃斯滤波器、平滑滤波器和FIR加窗滤波器中的一种。

6.如权利要求1所述的修正压力传感器零点漂移的方法，其特征在于，求取所有的P_T的平均值δ，具体包括以下步骤：

其中，

为第i个补偿压力值，i＝1，2，3......n。

7.一种基于权利要求1所述的修正压力传感器零点漂移的方法的系统，其特征在于，其包括：

数据获取模块，其用于获取压力传感器在一定的温度T下测量的n个电压值U；

温度补偿模块，其用于将T和U输入预设的温度补偿模型进行温度补偿，得到对应的n个补偿压力值P_T；

计算模块，其用于求取所有的P_T的平均值δ，以及根据P_T和δ，基于预设的算法对所有的P_T进行修正，并得到对应的n个修正压力值P。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述预设的算法如下：

其中，Pⁱ为第i个修正压力值；

为第i个补偿压力值，i＝1，2，3......n。

9.如权利要求7所述的的系统，其特征在于，所述计算模块按照如下算法求取所有的P_T的平均值δ：

其中，

为第i个补偿压力值，i＝1，2，3......n。

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