CN114112125A - 冗余压力传感器的数据融合处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冗余压力传感器的数据融合处理方法，该方法包括：获取多个压力传感器的第一压力平均值；获取第一最大值；剔除偏离第一压力平均值最大的第一解算测量压力值；获取第二压力平均值；获取第二最大值；将其与经验判定阈值相比较，若小于或等于经验判定阈值，则将第二压力平均值作为传感器的输出值；若大于经验判定阈值，对剩余的多个压力传感器的解算测量压力值求取压力平均值、求取绝对压力差值、求取最大值及进行经验判定阈值，重复上述步骤，直至绝对压力差值中的最大值小于经验判定阈值。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中采用单一芯体集成的压力传感器在单信号采集输出发生故障时易导致工作中断甚至破坏的技术问题。

Description

冗余压力传感器的数据融合处理方法

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，尤其涉及一种冗余压力传感器的数据融合处理方法。

背景技术

硅压阻压力传感器是硅微压力传感器中技术最成熟的一类，相比硅谐振、振动筒等压力传感器，具有体积微小、易于集成、灵敏度高、过载能力强、工艺难度小、成本低等优点，被广泛应用于航空航天、工业控制、消费电子等领域。随着各项技术的高速发展，压力传感器也向着微型化、集成化、智能化等方向发展，以实现更多领域的应用。但是，在某些要求长期使用高可靠性的场景下，采用单一芯体集成的压力传感器在单信号采集输出发生故障时易导致工作中断甚至破坏，从而造成重大经济影响和事故。

发明内容

本发明提供了一种冗余压力传感器的数据融合处理方法，能够解决现有技术中采用单一芯体集成的压力传感器在单信号采集输出发生故障时易导致工作中断甚至破坏的技术问题。

本发明提供了一种冗余压力传感器的数据融合处理方法，冗余压力传感器的数据融合处理方法包括：获取多个压力传感器的解算测量压力值；根据多个压力传感器的解算测量压力值计算获取多个压力传感器的第一压力平均值；将多个压力传感器的解算测量压力值分别与第一压力平均值作差以获取多个第一压力差值，对多个第一压力差值取绝对值以获取多个第一绝对压力差值，将多个第一绝对压力差值相比较以获取多个第一绝对压力差值中的第一最大值，根据第一最大值获取偏离第一压力平均值最大的第一解算测量压力值；从多个压力传感器的解算测量压力值中剔除偏离第一压力平均值最大的第一解算测量压力值以获取剩余的多个压力传感器的解算测量压力值；根据剩余的多个压力传感器的解算测量压力值计算获取剩余的多个压力传感器的第二压力平均值；将剩余的多个压力传感器的解算测量压力值与第二压力平均值作差以获取多个第二压力差值，对多个第二压力差值取绝对值以获取多个第二绝对压力差值，将多个第二绝对压力差值相比较以获取第二绝对压力差值中的第二最大值；将第二最大值与经验判定阈值相比较，若第二最大值小于或等于经验判定阈值，则将第二压力平均值作为冗余压力传感器的输出值，完成冗余压力传感器的数据融合处理；若第二最大值大于经验判定阈值，根据第二最大值获取偏离第二压力平均值最大的第二解算测量压力值，从剩余的多个压力传感器的解算测量压力值中剔除偏离第二压力平均值最大的第二解算测量压力值以获取剩余的多个压力传感器的解算测量压力值，对剩余的多个压力传感器的解算测量压力值求取压力平均值、求取绝对压力差值、求取最大值及进行经验判定阈值的判定操作，剩余的多个压力传感器的解算测量压力值求取压力平均值、求取绝对压力差值、求取最大值及与经验判定阈值的判定操作与前述步骤相同，重复上述步骤，直至绝对压力差值中的最大值小于经验判定阈值，将最大值对应的压力平均值作为冗余压力传感器的输出值，完成冗余压力传感器的数据融合处理。

进一步地，在获取多个压力传感器的解算测量压力值之前，数据融合处理方法还包括：将多个压力传感器固定在金属基座上，将多个压力传感器的敏感芯体引脚与对应的陶瓷基座的陶瓷电极引脚相连接；将陶瓷基座的陶瓷电极引脚与对外金属引脚相连接，将对外金属引脚与匹配信号调理解算电路相连接。

进一步地，在获取多个压力传感器的解算测量压力值之前，数据融合处理方法还包括：将温敏电阻固定设置在陶瓷基座上，将温敏电阻与对外金属引脚相连接。

进一步地，多个压力传感器通过胶粘贴片固定在金属基座上。

进一步地，多个压力传感器的敏感芯体引脚通过金丝键合手段与对应的陶瓷基座的陶瓷电极引脚相连接。

进一步地，陶瓷基座的陶瓷电极引脚通过磁控溅射手段与对外金属引脚相连接。

进一步地，在将对外金属引脚与匹配信号调理解算电路相连接之后，数据融合处理方法还包括：将金属基座通过焊接与载体结构件实现气密性封装。

进一步地，压力平均值P_a可根据P_a＝(P₁+P₂+…+P_n)/n来获取，其中，P₁、P₂…P_n为多个压力传感器的解算测量压力值，n为压力传感器的数量。

进一步地，压力传感器包括硅压阻压力传感器、硅谐振压力传感器或振动筒压力传感器。

应用本发明的技术方案，提供了一种冗余压力传感器的数据融合处理方法，该数据融合处理方法通过引入多个压力传感器，多个压力传感器形成冗余，多个压力传感器均用于采集解算测量压力值，基于多个压力传感器的解算测量压力值，通过求取压力平均值、求取绝对压力差值、求取最大值及进行经验判定阈值的判定操作，从而完成压力传感器的数据融合处理，输出测量精度高的压力值。此种方式与现有技术相比，真正满足了测量高可靠性的需求，延长了传感器使用寿命，降低了维护及更换成本，结构简单，易于理解，实施方便有效，通过冗余设置的压力传感器，能够有效避免采用单一芯体集成的压力传感器在单信号采集输出发生故障时易导致工作中断甚至破坏，降低经济影响和事故。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出了根据本发明的具体实施例提供的冗余压力传感器的数据融合处理方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种冗余压力传感器的数据融合处理方法，该冗余压力传感器的数据融合处理方法包括：获取多个压力传感器的解算测量压力值；根据多个压力传感器的解算测量压力值计算获取多个压力传感器的第一压力平均值；将多个压力传感器的解算测量压力值分别与第一压力平均值作差以获取多个第一压力差值，对多个第一压力差值取绝对值以获取多个第一绝对压力差值，将多个第一绝对压力差值相比较以获取多个第一绝对压力差值中的第一最大值，根据第一最大值获取偏离第一压力平均值最大的第一解算测量压力值；从多个压力传感器的解算测量压力值中剔除偏离第一压力平均值最大的第一解算测量压力值以获取剩余的多个压力传感器的解算测量压力值；根据剩余的多个压力传感器的解算测量压力值计算获取剩余的多个压力传感器的第二压力平均值；将剩余的多个压力传感器的解算测量压力值与第二压力平均值作差以获取多个第二压力差值，对多个第二压力差值取绝对值以获取多个第二绝对压力差值，将多个第二绝对压力差值相比较以获取第二绝对压力差值中的第二最大值；将第二最大值与经验判定阈值相比较，若第二最大值小于或等于经验判定阈值，则将第二压力平均值作为冗余压力传感器的输出值，完成冗余压力传感器的数据融合处理；若第二最大值大于经验判定阈值，根据第二最大值获取偏离第二压力平均值最大的第二解算测量压力值，从剩余的多个压力传感器的解算测量压力值中剔除偏离第二压力平均值最大的第二解算测量压力值以获取剩余的多个压力传感器的解算测量压力值，对剩余的多个压力传感器的解算测量压力值求取压力平均值、求取绝对压力差值、求取最大值及进行经验判定阈值的判定操作，剩余的多个压力传感器的解算测量压力值求取压力平均值、求取绝对压力差值、求取最大值及与经验判定阈值的判定操作与前述步骤相同，重复上述步骤，直至绝对压力差值中的最大值小于经验判定阈值，将最大值对应的压力平均值作为冗余压力传感器的输出值，完成冗余压力传感器的数据融合处理。

应用此种配置方式，提供了一种冗余压力传感器的数据融合处理方法，该数据融合处理方法通过引入多个压力传感器，多个压力传感器形成冗余，多个压力传感器均用于采集解算测量压力值，基于多个压力传感器的解算测量压力值，通过求取压力平均值、求取绝对压力差值、求取最大值及进行经验判定阈值的判定操作，从而完成压力传感器的数据融合处理，输出测量精度高的压力值。此种方式与现有技术相比，真正满足了测量高可靠性的需求，延长了传感器使用寿命，降低了维护及更换成本，结构简单，易于理解，实施方便有效，通过冗余设置的压力传感器，能够有效避免采用单一芯体集成的压力传感器在单信号采集输出发生故障时易导致工作中断甚至破坏，降低经济影响和事故。

进一步地，在本发明中，为了实现冗余压力传感器的信号输出，在获取多个压力传感器的解算测量压力值之前，数据融合处理方法还包括：将多个压力传感器固定在金属基座上，将多个压力传感器的敏感芯体引脚与对应的陶瓷基座的陶瓷电极引脚相连接；将陶瓷基座的陶瓷电极引脚与对外金属引脚相连接，将对外金属引脚与匹配信号调理解算电路相连接。作为本发明的一个具体实施例，多个压力传感器通过胶粘贴片固定在金属基座上，此种方式能够简化结构，降低成本，且提高安装可靠性。多个压力传感器的敏感芯体引脚通过金丝键合手段与对应的陶瓷基座的陶瓷电极引脚相连接，此种方式能够提高多个压力传感器的敏感芯体引脚与陶瓷电极引脚连接的可靠性。陶瓷基座的陶瓷电极引脚通过磁控溅射手段与对外金属引脚相连接，此种方式能够提高陶瓷电极引脚与对外金属引脚连接的可靠性。

进一步地，在本发明中，为了更精确地反应敏感芯体实际工作，从而得出更精确的待测压力解算值，在获取多个压力传感器的解算测量压力值之前，数据融合处理方法还包括：将温敏电阻固定设置在陶瓷基座上，将温敏电阻与对外金属引脚相连接。温敏电阻能够反映传感器的工作环境温度信息，通过所获取的工作环境温度信息对解算测量压力值进行修正，从而可以提高压力测量的精确值。本发明在进行数据融合处理时，可以使用未修正的解算测量压力值来进行数据融合处理，也可使用进行温度修正后的解算测量压力值来进行数据融合处理，在实际应用时，可根据具体情况进行选择。

此外，在本发明中，为了进一步地提高测量精度，在将对外金属引脚与匹配信号调理解算电路相连接之后，数据融合处理方法还包括：将金属基座通过焊接与载体结构件实现气密性封装。

作为本发明的一个具体实施例，本发明提供了一种冗余压力传感器的数据融合处理方法，该方法能够解决现有应用场景需要同时满足低成本和高可靠性的技术问题。该方法具体包括硬件结构设计部分和数据融合输出方法部分。压力传感器包括硅压阻压力传感器、硅谐振压力传感器或振动筒压力传感器。在本实施例中，考虑硅压阻压力传感器具有体积微小、易于集成、灵敏度高、过载能力强、工艺难度小、成本低等优点，选择硅压阻压力传感器来实现压力信号的采集。

第一部分为硬件结构设计部分。具体地，在金属基座上将目标冗余数量的硅压阻MEMS敏感芯体依次通过胶粘贴片固定在金属基座上，通过金丝键合手段实现各硅压阻MEMS敏感芯体引脚与对应陶瓷电极引脚的电气连接，各陶瓷电极通过磁控溅射金属电极线实现与各对外金属引脚的电气连接。在陶瓷基板上选定位置通过焊接将温敏电阻固定在陶瓷基座上，并实现与对应对外金属引脚的电气连接。通过焊接实现金属基座与结构件的气密性封装，通过焊接实现对外金属引脚与匹配信号调理解算电路的电气连接。

第二部分为数据融合输出方法部分。通过信号调理解算电路在其CPU中解算出各硅压阻MEMS敏感芯体对应解算测量压力值，分别定义为P₁、P₂…P_n；对各解算测量压力值求和后再求平均值P_a＝(P₁+P₂+…+P_n)/n其中，P₁、P₂…P_n为多个压力传感器的解算测量压力值，n为压力传感器的数量。将各解算测量压力值与平均值作差并取绝对值，依次得到ΔP₁、ΔP₂…ΔP_n，从中通过比较获得最大值max(ΔP₁、ΔP₂…ΔP_n)，并定位到偏离平均值最大的解算测量压力值P_x。例如，假设max(ΔP₁、ΔP₂…ΔP_n)为ΔP₂，则与ΔP₂相对应的偏离平均值最大的解算测量压力值为P₂。进一步地，剔除偏离平均值最大的解算测量压力值Px，对余下的各解算测量压力值求和后再求平均值

将各解算测量压力值与平均值作差并取绝对值，依次得到

从中通过比较获得最大值

若

小于或等于经验判定阈值ΔP_e，则最终对外输出平均值

若

大于经验判定阈值ΔP_e，则重复剔除、求平均、求差值最大值、判定操作，直到最大值小于经验判定阈值ΔP_e为止。此处所述的经验判定阈值为本领域技术人员在实际操作过程中通过多次试验所得出的，可根据具体的产品型号、产品类型等变化。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1对本发明所提供的冗余压力传感器的数据融合处理方法进行详细说明。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种冗余压力传感器的数据融合处理方法，该方法具体包括如下步骤。

第一部分硬件结构设计部分。在金属基座上将目标冗余数量的硅压阻MEMS敏感芯体依次通过胶粘贴片固定在金属基座上，通过金丝键合手段实现各硅压阻MEMS敏感芯体引脚与对应陶瓷电极引脚的电气连接，各陶瓷电极通过磁控溅射金属电极线实现与各对外金属引脚的电气连接；具体地，金属基座为可伐合金，目标冗余数量为4，硅压阻MEMS敏感芯体的尺寸为2.76*2.76mm。

进一步地，在陶瓷基板上选定位置通过焊接将温敏电阻固定在陶瓷基座上，并实现与对应对外金属引脚的电气连接；具体地，温敏电阻为Pt 1000铂电阻，温敏电阻是为了更精确地反应敏感芯体实际工作，从而得出更精确的待测压力解算值，通过焊接实现金属基座与结构件的气密性封装，通过焊接实现对外金属引脚与匹配信号调理解算电路的电气连接。

第二部分数据融合输出方法部分。通过信号调理解算电路在其CPU中解算出各硅压阻MEMS敏感芯体对应解算测量压力值，分别定义为P1、P2、P3、P4；

进一步地，对各解算测量压力值求和后再求平均值Pa＝(P1+P2+P3+P4)/4；

进一步地，将各解算测量压力值与平均值作差并取绝对值，依次得到ΔP₁、ΔP₂、ΔP₃、ΔP₄，从中通过比较获得最大值max(ΔP₁、ΔP₂、ΔP₃、ΔP₄)，并定位到偏离平均值最大的解算测量压力值Px，以P₄为最大偏离值示例。

进一步地，剔除偏离平均值最大的解算测量压力值P₄，对余下的各解算测量压力值求和后再求平均值

将各解算测量压力值与平均值作差并取绝对值，依次得到

从中通过比较获得最大值

若

小于或等于经验判定阈值ΔP_e，则最终对外输出平均值

若

大于经验判定阈值ΔP_e，则重复剔除、求平均、求差值最大值、判定操作，直到差值最大值小于经验判定阈值ΔP_e为止。

综上所述，本发明提供了一种冗余压力传感器的数据融合处理方法，该数据融合处理方法通过引入多个压力传感器，多个压力传感器形成冗余，多个压力传感器均用于采集解算测量压力值，基于多个压力传感器的解算测量压力值，通过求取压力平均值、求取绝对压力差值、求取最大值及进行经验判定阈值的判定操作，从而完成压力传感器的数据融合处理，输出测量精度高的压力值。此种方式与现有技术相比，真正满足了测量高可靠性的需求，延长了传感器使用寿命，降低了维护及更换成本，结构简单，易于理解，实施方便有效，通过冗余设置的压力传感器，能够有效避免采用单一芯体集成的压力传感器在单信号采集输出发生故障时易导致工作中断甚至破坏，降低经济影响和事故。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种冗余压力传感器的数据融合处理方法，其特征在于，所述冗余压力传感器的数据融合处理方法包括：

获取多个压力传感器的解算测量压力值；

根据多个压力传感器的解算测量压力值计算获取多个所述压力传感器的第一压力平均值；

将多个所述压力传感器的解算测量压力值分别与所述第一压力平均值作差以获取多个第一压力差值，对多个所述第一压力差值取绝对值以获取多个第一绝对压力差值，将多个所述第一绝对压力差值相比较以获取多个所述第一绝对压力差值中的第一最大值，根据所述第一最大值获取偏离所述第一压力平均值最大的第一解算测量压力值；

从多个压力传感器的解算测量压力值中剔除偏离第一压力平均值最大的第一解算测量压力值以获取剩余的多个压力传感器的解算测量压力值；

根据剩余的多个压力传感器的解算测量压力值计算获取剩余的多个压力传感器的第二压力平均值；

将剩余的多个压力传感器的解算测量压力值与所述第二压力平均值作差以获取多个第二压力差值，对多个所述第二压力差值取绝对值以获取多个第二绝对压力差值，将多个所述第二绝对压力差值相比较以获取第二绝对压力差值中的第二最大值；

将所述第二最大值与经验判定阈值相比较，若所述第二最大值小于或等于所述经验判定阈值，则将所述第二压力平均值作为冗余压力传感器的输出值，完成所述冗余压力传感器的数据融合处理；若所述第二最大值大于所述经验判定阈值，根据所述第二最大值获取偏离第二压力平均值最大的第二解算测量压力值，从剩余的多个压力传感器的解算测量压力值中剔除偏离第二压力平均值最大的第二解算测量压力值以获取剩余的多个压力传感器的解算测量压力值，对剩余的多个压力传感器的解算测量压力值求取压力平均值、求取绝对压力差值、求取最大值及进行所述经验判定阈值的判定操作，所述剩余的多个压力传感器的解算测量压力值求取压力平均值、求取绝对压力差值、求取最大值及与所述经验判定阈值的判定操作与前述步骤相同，重复上述步骤，直至绝对压力差值中的最大值小于所述经验判定阈值，将所述最大值对应的压力平均值作为冗余压力传感器的输出值，完成所述冗余压力传感器的数据融合处理。

2.根据权利要求1所述的冗余压力传感器的数据融合处理方法，其特征在于，在获取多个压力传感器的解算测量压力值之前，所述数据融合处理方法还包括：

将多个压力传感器固定在金属基座上，将多个所述压力传感器的敏感芯体引脚与对应的所述陶瓷基座的陶瓷电极引脚相连接；

将所述陶瓷基座的陶瓷电极引脚与对外金属引脚相连接，将所述对外金属引脚与匹配信号调理解算电路相连接。

3.根据权利要求1或2所述的冗余压力传感器的数据融合处理方法，其特征在于，在获取多个压力传感器的解算测量压力值之前，所述数据融合处理方法还包括：将温敏电阻固定设置在所述陶瓷基座上，将所述温敏电阻与所述对外金属引脚相连接。

4.根据权利要求2所述的冗余压力传感器的数据融合处理方法，其特征在于，多个所述压力传感器通过胶粘贴片固定在所述金属基座上。

5.根据权利要求4所述的冗余压力传感器的数据融合处理方法，其特征在于，多个所述压力传感器的敏感芯体引脚通过金丝键合手段与对应的所述陶瓷基座的陶瓷电极引脚相连接。

6.根据权利要求4所述的冗余压力传感器的数据融合处理方法，其特征在于，所述陶瓷基座的陶瓷电极引脚通过磁控溅射手段与对外金属引脚相连接。

7.根据权利要求2所述的冗余压力传感器的数据融合处理方法，其特征在于，在将所述对外金属引脚与匹配信号调理解算电路相连接之后，所述数据融合处理方法还包括：将所述金属基座通过焊接与载体结构件实现气密性封装。

8.根据权利要求1所述的冗余压力传感器的数据融合处理方法，其特征在于，所述压力平均值P_a可根据P_a＝(P₁+P₂+…+P_n)/n来获取，其中，P₁、P₂…P_n为多个压力传感器的解算测量压力值，n为压力传感器的数量。

9.根据权利要求1所述的冗余压力传感器的数据融合处理方法，其特征在于，所述压力传感器包括硅压阻压力传感器、硅谐振压力传感器或振动筒压力传感器。

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