CN114018468B - 一种数字输出大气压力传感器 - Google Patents

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CN114018468B CN202111403495.9A CN202111403495A CN114018468B CN 114018468 B CN114018468 B CN 114018468B CN 202111403495 A CN202111403495 A CN 202111403495A CN 114018468 B CN114018468 B CN 114018468B
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Abstract

本发明提出了一种数字输出大气压力传感器,包括:第一温度检测模块,设置在热传导规管上,用于检测所述热传导规管在处于未工作模式下的第一温度;温度调节模块,设置在热传导规管上;第一控制模块,分别与所述第一温度检测模块、温度调节模块连接,用于接收所述第一温度检测模块发送的第一温度,并判断是否在预设温度范围内,在确定所述第一温度不在预设温度范围内,控制所述温度调节模块进行温度调节;所述热传导规管,用于在所述温度调节模块完成温度调节后,检测通过的气体的气压信息;输出模块,与所述热传导规管连接,用于将所述气压信息进行输出。测量范围大,测量结果更加准确。

Description

一种数字输出大气压力传感器
技术领域
本发明涉及大气压力传感器技术领域,特别涉及一种数字输出大气压力传感器。
背景技术
人们在做相应的实验或者监测时,需要获取气压信息。现有技术中气压测量仪器的测量范围小,测量性能差,准确度不高,同时输出信息不够便捷。
发明内容
本发明旨在至少一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此,本发明的目的在于提出一种数字输出大气压力传感器,测量范围大,测量结果更加准确。
为达到上述目的,本发明实施例提出了一种数字输出大气压力传感器,包括:
第一温度检测模块,设置在热传导规管上,用于检测所述热传导规管在处于未工作模式下的第一温度;
温度调节模块,设置在热传导规管上;
第一控制模块,分别与所述第一温度检测模块、温度调节模块连接,用于接收所述第一温度检测模块发送的第一温度,并判断是否在预设温度范围内,在确定所述第一温度不在预设温度范围内,控制所述温度调节模块进行温度调节;
所述热传导规管,用于在所述温度调节模块完成温度调节后,检测通过的气体的气压信息;
输出模块,与所述热传导规管连接,用于将所述气压信息进行输出。
根据本发明的一些实施例,所述输出模块,包括:
比较模块,用于将气压信息与预设气压信息进行比较;
子输出模块,用于在确定所述气压信息大于预设气压信息时,采用非线性模拟量输出模式;在确定所述气压信息小于等于预设气压信息时,采用线性模拟量输出模式。
根据本发明的一些实施例,所述输出模块,包括:确定模块,用于根据所述气压信息确定对应的量程模式,并基于量程模式进行输出显示。
根据本发明的一些实施例,所述输出模块,包括:
设定点继电器,用于根据气压信息设置对应的输出形式;
RS-485接口,分别与计算机控制处理器、设定点继电器连接。
根据本发明的一些实施例,所述热传导规管的测量范围为10-2Pa-130kpa。
根据本发明的一些实施例,所述热传导规管的材料包括钨丝镀金、304不锈钢、硅酸硼玻璃、可伐、氧化铝、镍铁合金、聚酰亚胺。
根据本发明的一些实施例,所述热传导规管包括:
第二温度检测模块,设置在所述热传导规管的第一端,用于检测气体入口处的第二温度;
第三温度检测模块,设置在所述热传导规管的第二端,用于检测气体出口处的第三温度;
气压检测模块,用于:
将所述热传导规管分为前半部分及后半部分,对前半部分进行n1次检测,确定n1个第一检测结果;对后半部分进行n2次检测,确定n2个第二检测结果;根据n1个第一检测结果及n2个第二检测结果,计算前半部分与后半部分的差异参数;
根据n1个第一检测结果确定第一气压值;
计算模块,用于根据所述第二温度、所述第三温度、所述第一气压值及所述差异参数计算得到第二气压值,并作为气压信息。
根据本发明的一些实施例,所述热传导规管包括:
流速及流量测量模块,用于检查通过的气体的流速及流量。
根据本发明的一些实施例,所述热传导规管,还包括:
病原体检测模块,用于对经过的气体进行病原体检测,获取检测结果并显示。
根据本发明的一些实施例,还包括:
获取模块,与所述热传导规管连接,用于接收所述热传导规管获取的气压信息,并提取出压力信号;
压力信号处理模块,用于:
对所述压力信号进行信号转换处理,得到第一同相输出信号及第一反相输出信号;对所述第一同相输出信号进行信号分割处理,得到A个同相输出信号点,获取每个同相输出信号点的相位值;根据所述每个同相输出信号点的相位值分别对每个同相输出信号点进行插值处理,得到A个信号点集合;分别获取每个信号点集合中每个信号点的幅值,并按照从大到小的顺序进行排序,分别筛选出每个信号点集合中最大的幅值对应的信号点,作为待检测信号点;分别判断所述待检测信号点的幅值是否大于等于预设幅值,筛选出所述幅值大于等于预设幅值的待检测信号点,并作为第一待处理信号点;筛选出所述幅值小于预设幅值的待检测信号点,并作为第二待处理信号点;
将所述第一待处理信号点的幅值调整至预设幅值;
将所述第二待处理信号点的幅值进行置零处理;
根据幅值处理后的第一待处理信号点及第二待处理信号点生成第二同相输出信号;将所述第一同相输出信号与所述第二同相输出信号进行差分处理,得到削峰处理后的第一同相输出信号;
重复上述步骤,对所述第一反相输出信号执行与所述第一同相输出信号相同的处理,得到削峰处理后的第一反相输出信号;
第二控制模块,用于:
对所述削峰处理后的第一同相输出信号进行特征提取,得到第一电平值,并判断是否在预设电平值范围内;
对所述削峰处理后的第一反相输出信号进行特征提取,得到第二电平值,并判断是否在预设电平值范围内;
在确定所述第一电平值在预设电平值范围内时且所述第二电平值在预设电平值范围内时,表示所述热传导规管正常;反之,生成热传导规管故障信息并发送至维修人员终端。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是根据本发明一个实施例的一种数字输出大气压力传感器的框图;
图2是根据本发明又一个实施例的一种数字输出大气压力传感器的框图;
图3是根据本发明一个实施例的输出模块的框图;
图4是根据本发明一个实施例的输出模块的模拟量输出的示意图;
图5是根据本发明一个实施例的一种数字输出大气压力传感器的技术规格的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,本发明实施例提出了一种数字输出大气压力传感器,包括:
第一温度检测模块,设置在热传导规管上,用于检测所述热传导规管在处于未工作模式下的第一温度;
温度调节模块,设置在热传导规管上;
第一控制模块,分别与所述第一温度检测模块、温度调节模块连接,用于接收所述第一温度检测模块发送的第一温度,并判断是否在预设温度范围内,在确定所述第一温度不在预设温度范围内,控制所述温度调节模块进行温度调节;
所述热传导规管,用于在所述温度调节模块完成温度调节后,检测通过的气体的气压信息;
输出模块,与所述热传导规管连接,用于将所述气压信息进行输出。
上述技术方案的工作原理:第一温度检测模块,设置在热传导规管上,用于检测所述热传导规管在处于未工作模式下的第一温度;温度调节模块,设置在热传导规管上;第一控制模块,分别与所述第一温度检测模块、温度调节模块连接,用于接收所述第一温度检测模块发送的第一温度,并判断是否在预设温度范围内,在确定所述第一温度不在预设温度范围内,控制所述温度调节模块进行温度调节;所述热传导规管,用于在所述温度调节模块完成温度调节后,检测通过的气体的气压信息;输出模块,与所述热传导规管连接,用于将所述气压信息进行输出。
上述技术方案的有益效果:保证热传导规管工作前的环境温度,保证热传导规管的检测准确性。热传导规管压力测量范围大,单独校准规管保证较高的测量性能,测量结果更加准确,同时也便于将检测结果进行输出。
如图3-4所示,根据本发明的一些实施例,所述输出模块,包括:
比较模块,用于将气压信息与预设气压信息进行比较;
子输出模块,用于在确定所述气压信息大于预设气压信息时,采用非线性模拟量输出模式;在确定所述气压信息小于等于预设气压信息时,采用线性模拟量输出模式。
上述技术方案的工作原理:比较模块,用于将气压信息与预设气压信息进行比较;子输出模块,用于在确定所述气压信息大于预设气压信息时,采用非线性模拟量输出模式;在确定所述气压信息小于等于预设气压信息时,采用线性模拟量输出模式。预设气压信息为1Torr。该输出模块为线性或非线性模拟量输出型。
上述技术方案的有益效果:对于0-1Torr,输出一线性的、0-10v的高阶层直流信号,可用于工艺压力的相关控制或用数字万用表或数据采集系统直接读值,保证检测结果输出的准确性。对于大于1Torr的基于非线性模拟量输出,实现不同区间用不同的模拟量输出模式,提高读取数值的方便及准确性,输出结果更加的一目了然。
根据本发明的一些实施例,所述输出模块,包括:确定模块,用于根据所述气压信息确定对应的量程模式,并基于量程模式进行输出显示。
上述技术方案的工作原理:确定模块,用于根据所述气压信息确定对应的量程模式,并基于量程模式进行输出显示。该输出模块为数显型,为带有简单易读的3为绿色LED显示器,可以在两个量程范围内自动切换(Torr和mTorr或者KPa和Pa)
上述技术方案的有益效果:选取合适的对应量程模式,保证输出的准确性,更加清楚。
根据本发明的一些实施例,所述输出模块,包括:
设定点继电器,用于根据气压信息设置对应的输出形式;
RS-485接口,分别与计算机控制处理器、设定点继电器连接。
上述技术方案的工作原理:设定点继电器,用于根据气压信息设置对应的输出形式;RS-485接口,分别与计算机控制处理器、设定点继电器连接。该输出模块为数字接口型,提供RS-485接口便于与计算机控制处理器,设定点继电器可通过RS-485接口进行调整。使得与计算机通讯更加便捷。
根据本发明的一些实施例,所述热传导规管的测量范围为10-2Pa-130kpa。
根据本发明的一些实施例,所述热传导规管的材料包括钨丝镀金、304不锈钢、硅酸硼玻璃、可伐、氧化铝、镍铁合金、聚酰亚胺。
根据本发明的一些实施例,所述热传导规管包括:
第二温度检测模块,设置在所述热传导规管的第一端,用于检测气体入口处的第二温度;
第三温度检测模块,设置在所述热传导规管的第二端,用于检测气体出口处的第三温度;
气压检测模块,用于:
将所述热传导规管分为前半部分及后半部分,对前半部分进行n1次检测,确定n1个第一检测结果;对后半部分进行n2次检测,确定n2个第二检测结果;根据n1个第一检测结果及n2个第二检测结果,计算前半部分与后半部分的差异参数;
根据n1个第一检测结果确定第一气压值;
计算模块,用于根据所述第二温度、所述第三温度、所述第一气压值及所述差异参数计算得到第二气压值,并作为气压信息。
上述技术方案的工作原理:第二温度检测模块,设置在所述热传导规管的第一端,用于检测气体入口处的第二温度;第三温度检测模块,设置在所述热传导规管的第二端,用于检测气体出口处的第三温度;气压检测模块,用于:将所述热传导规管分为前半部分及后半部分,对前半部分进行n1次检测,确定n1个第一检测结果;对后半部分进行n2次检测,确定n2个第二检测结果;根据n1个第一检测结果及n2个第二检测结果,计算前半部分与后半部分的差异参数;根据n1个第一检测结果确定第一气压值;计算模块,用于根据所述第二温度、所述第三温度、所述第一气压值及所述差异参数计算得到第二气压值,并作为气压信息。
上述技术方案的有益效果:温度变化会影响检测的准确性,导致热传导规管的不同部分之间会产生差异,基于在热传导规管温度变化的差值、获取的第一气压值及差异参数,准确计算出第二气压值,避免温度变化对检测结果的影响,提高检测的准确性。
在一实施例中,计算前半部分与后半部分的差异参数:
其中,λ为差异参数,∑X1为对n1个第一检测结果的求和,∑X2为对n2个第二检测结果的求和,∑X12为对n1个第一检测结果平方后求和;∑X22为n2个第二检测结果平方后求和。
上述技术方案的有益效果:基于上述公式准确计算出前半部分与后半部分的差异参数,便于后续准确计算出第二气压值。
在一实施例中,根据所述第二温度、所述第三温度及所述第一气压值计算得到第二气压值,包括:
P2=P1×(1+λ)×(T2-T3)
其中,P2为第二气压值;P1为第一气压值,通过n1个第一检测结果进行求平均获取;T2为第二温度;T3为第三温度。
上述技术方案的有益效果:考虑到温度的对气压值的影响因素,基于上述公式准确计算出第二气压值。
根据本发明的一些实施例,所述热传导规管包括:
流速及流量测量模块,用于检查通过的气体的流速及流量。
上述技术方案的有益效果:实现对气体的流速及流量的准确检测。
根据本发明的一些实施例,所述热传导规管,还包括:
病原体检测模块,用于对经过的气体进行病原体检测,获取检测结果并显示。
上述技术方案的有益效果:实现对气体质量的有效检测。
如图2所示,根据本发明的一些实施例,还包括:
获取模块,与所述热传导规管连接,用于接收所述热传导规管获取的气压信息,并提取出压力信号;
压力信号处理模块,用于:
对所述压力信号进行信号转换处理,得到第一同相输出信号及第一反相输出信号;对所述第一同相输出信号进行信号分割处理,得到A个同相输出信号点,获取每个同相输出信号点的相位值;根据所述每个同相输出信号点的相位值分别对每个同相输出信号点进行插值处理,得到A个信号点集合;分别获取每个信号点集合中每个信号点的幅值,并按照从大到小的顺序进行排序,分别筛选出每个信号点集合中最大的幅值对应的信号点,作为待检测信号点;分别判断所述待检测信号点的幅值是否大于等于预设幅值,筛选出所述幅值大于等于预设幅值的待检测信号点,并作为第一待处理信号点;筛选出所述幅值小于预设幅值的待检测信号点,并作为第二待处理信号点;
将所述第一待处理信号点的幅值调整至预设幅值;
将所述第二待处理信号点的幅值进行置零处理;
根据幅值处理后的第一待处理信号点及第二待处理信号点生成第二同相输出信号;将所述第一同相输出信号与所述第二同相输出信号进行差分处理,得到削峰处理后的第一同相输出信号;
重复上述步骤,对所述第一反相输出信号执行与所述第一同相输出信号相同的处理,得到削峰处理后的第一反相输出信号;
第二控制模块,用于:
对所述削峰处理后的第一同相输出信号进行特征提取,得到第一电平值,并判断是否在预设电平值范围内;
对所述削峰处理后的第一反相输出信号进行特征提取,得到第二电平值,并判断是否在预设电平值范围内;
在确定所述第一电平值在预设电平值范围内时且所述第二电平值在预设电平值范围内时,表示所述热传导规管正常;反之,生成热传导规管故障信息并发送至维修人员终端。
上述技术方案的工作原理:获取模块,与所述热传导规管连接,用于接收所述热传导规管获取的气压信息,并提取出压力信号;压力信号处理模块,用于:对所述压力信号进行信号转换处理,得到第一同相输出信号及第一反相输出信号;对所述第一同相输出信号进行信号分割处理,得到A个同相输出信号点,获取每个同相输出信号点的相位值;根据所述每个同相输出信号点的相位值分别对每个同相输出信号点进行插值处理,得到A个信号点集合;分别获取每个信号点集合中每个信号点的幅值,并按照从大到小的顺序进行排序,分别筛选出每个信号点集合中最大的幅值对应的信号点,作为待检测信号点;分别判断所述待检测信号点的幅值是否大于等于预设幅值,筛选出所述幅值大于等于预设幅值的待检测信号点,并作为第一待处理信号点;筛选出所述幅值小于预设幅值的待检测信号点,并作为第二待处理信号点;将所述第一待处理信号点的幅值调整至预设幅值;将所述第二待处理信号点的幅值进行置零处理;根据幅值处理后的第一待处理信号点及第二待处理信号点生成第二同相输出信号;将所述第一同相输出信号与所述第二同相输出信号进行差分处理,得到削峰处理后的第一同相输出信号;重复上述步骤,对所述第一反相输出信号执行与所述第一同相输出信号相同的处理,得到削峰处理后的第一反相输出信号;第二控制模块,用于:对所述削峰处理后的第一同相输出信号进行特征提取,得到第一电平值,并判断是否在预设电平值范围内;对所述削峰处理后的第一反相输出信号进行特征提取,得到第二电平值,并判断是否在预设电平值范围内;在确定所述第一电平值在预设电平值范围内时且所述第二电平值在预设电平值范围内时,表示所述热传导规管正常;反之,生成热传导规管故障信息并发送至维修人员终端。
上述技术方案的有益效果:热传导规管输出的电信号为差分信号,即同相输出信号和反相输出信号。一般在压力测量中采集传感器同相输出和反相输出的差值来测量压力值,当出现传感器电源对地短路或断路、传感器内部损坏、等故障时,由于传感器差分信号仍在正常范围内,此时无法检测出传感器故障;本方案提供一种大气压力传感器内部硬件故障的检测方法;对同相输出信号采用最小相位误差的峰值搜索方法,对信号的峰值进行了准确的预估,实现了高速率搜峰,低速率的削峰的削峰方案,不仅降低了成本,而且增加了削峰后的同相输出信号的精确性,使得最终的检测结果更加的精确,最后通过同相输出信号的第一电平值与反相输出信号的第二的电平值判断压力传感器是否发生故障,在确定发生故障时,生成热传导规管故障信息,并发送至维修人员终端,保证数据传输的及时性,进而保证维修的及时性,提高用户的体验感,增加实用性。
如图5所示,包括数字输出大气压力传感器的技术规格。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种数字输出大气压力传感器,其特征在于,包括:
第一温度检测模块,设置在热传导规管上,用于检测所述热传导规管在处于未工作模式下的第一温度;
温度调节模块,设置在热传导规管上;
第一控制模块,分别与所述第一温度检测模块、温度调节模块连接,用于接收所述第一温度检测模块发送的第一温度,并判断是否在预设温度范围内,在确定所述第一温度不在预设温度范围内,控制所述温度调节模块进行温度调节;
所述热传导规管,用于在所述温度调节模块完成温度调节后,检测通过的气体的气压信息;
输出模块,与所述热传导规管连接,用于将所述气压信息进行输出;
所述数字输出大气压力传感器,还包括:
获取模块,与所述热传导规管连接,用于接收所述热传导规管获取的气压信息,并提取出压力信号;
压力信号处理模块,用于:
对所述压力信号进行信号转换处理,得到第一同相输出信号及第一反相输出信号;对所述第一同相输出信号进行信号分割处理,得到A个同相输出信号点,获取每个同相输出信号点的相位值;根据所述每个同相输出信号点的相位值分别对每个同相输出信号点进行插值处理,得到A个信号点集合;分别获取每个信号点集合中每个信号点的幅值,并按照从大到小的顺序进行排序,分别筛选出每个信号点集合中最大的幅值对应的信号点,作为待检测信号点;分别判断所述待检测信号点的幅值是否大于等于预设幅值,筛选出所述幅值大于等于预设幅值的待检测信号点,并作为第一待处理信号点;筛选出所述幅值小于预设幅值的待检测信号点,并作为第二待处理信号点;
将所述第一待处理信号点的幅值调整至预设幅值;
将所述第二待处理信号点的幅值进行置零处理;
根据幅值处理后的第一待处理信号点及第二待处理信号点生成第二同相输出信号;将所述第一同相输出信号与所述第二同相输出信号进行差分处理,得到削峰处理后的第一同相输出信号;
重复上述步骤,对所述第一反相输出信号执行与所述第一同相输出信号相同的处理,得到削峰处理后的第一反相输出信号;
第二控制模块,用于:
对所述削峰处理后的第一同相输出信号进行特征提取,得到第一电平值,并判断是否在预设电平值范围内;
对所述削峰处理后的第一反相输出信号进行特征提取,得到第二电平值,并判断是否在预设电平值范围内;
在确定所述第一电平值在预设电平值范围内时且所述第二电平值在预设电平值范围内时,表示所述热传导规管正常;反之,生成热传导规管故障信息并发送至维修人员终端。
2.如权利要求1所述的数字输出大气压力传感器,其特征在于,所述输出模块,包括:
比较模块,用于将气压信息与预设气压信息进行比较;
子输出模块,用于在确定所述气压信息大于预设气压信息时,采用非线性模拟量输出模式;在确定所述气压信息小于等于预设气压信息时,采用线性模拟量输出模式。
3.如权利要求1所述的数字输出大气压力传感器,其特征在于,所述输出模块,包括:确定模块,用于根据所述气压信息确定对应的量程模式,并基于量程模式进行输出显示。
4.如权利要求1所述的数字输出大气压力传感器,其特征在于,所述输出模块,包括:
设定点继电器,用于根据气压信息设置对应的输出形式;
RS-485接口,分别与计算机控制处理器、设定点继电器连接。
5.如权利要求1所述的数字输出大气压力传感器,其特征在于,所述热传导规管的测量范围为10-2Pa-130kpa。
6.如权利要求1所述的数字输出大气压力传感器,其特征在于,所述热传导规管的材料包括钨丝镀金、304不锈钢、硅酸硼玻璃、可伐、氧化铝、镍铁合金、聚酰亚胺。
7.如权利要求1所述的数字输出大气压力传感器,其特征在于,所述热传导规管包括:
第二温度检测模块,设置在所述热传导规管的第一端,用于检测气体入口处的第二温度;
第三温度检测模块,设置在所述热传导规管的第二端,用于检测气体出口处的第三温度;
气压检测模块,用于:
将所述热传导规管分为前半部分及后半部分,对前半部分进行n1次检测,确定n1个第一检测结果;对后半部分进行n2次检测,确定n2个第二检测结果;根据n1个第一检测结果及n2个第二检测结果,计算前半部分与后半部分的差异参数;
根据n1个第一检测结果确定第一气压值;
计算模块,用于根据所述第二温度、所述第三温度、所述第一气压值及所述差异参数计算得到第二气压值,并作为气压信息。
8.如权利要求1所述的数字输出大气压力传感器,其特征在于,所述热传导规管包括:
流速及流量测量模块,用于检查通过的气体的流速及流量。
9.如权利要求1所述的数字输出大气压力传感器,其特征在于,所述热传导规管,还包括:
病原体检测模块,用于对经过的气体进行病原体检测,获取检测结果并显示。
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