CN114544075A - 基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法及系统，克服现有测量系统成本高、体积大不便携带的问题。基于一个手持式解调显示器即可实现多个压力容器的压力非接触测量，测量过程中，只需通过传感器接口将解调显示器与高压压力容器连接的管道上的压力和/或温度传感器插接，相应采集通道的采集模块将采集信号转化为数字信号发送至系统控制单元；系统控制单元自动匹配该传感器模块的参数信息，将采集到的该传感器模块的应变和温度信息利用相应测点位置的具体拟合公式，转化为压力参数信息进行输出和存储，输出至显示系统显示。测量过程简单，测量成本较低，且手持式解调显示器自带电源不需要系统供电，保证了产品的寿命。

Description

基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法及系统

技术领域

本发明涉及一种非接触压力测量方法，尤其涉及一种基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法及系统。

背景技术

随着高精密加工和高精度测量技术的迅速发展，在科研生产中对压力测量的要求也越来越高。

传统压力测量普遍使用在待测部位接入压力测量仪表实现，但是针对某些领域，尤其在高压压力测量领域，整个压力回路中增加一个接触式压力测点，就会给整个压力回路引入一个泄漏风险点。在航空航天、精密测量/监测等高风险领域这类问题显得尤为突出；同时在该类领域中，对测量设备小型化、微型化的需求也与日俱增，但是传统方法因引入与传压介质接触式的压力仪表，增加了额外的泄漏风险很难满足该需求。

中国专利2020105845917公开一种基于应变、温度传感器测量的非接触压力测量方法，该方法采用非接触测量即在通过不与传压介质接触的方式测量由于压力引起的应变变化，再进行温度修正即可间接获得压力数据，在管路或容器的材质和性能均匀的基础上(一般都为曲面)，其内部压力变化与感压壁的应变及温度成相应的比例(已经进行了相关的验证试验)，通过对感压壁应变及温度的测量实现对管路或容器内部压力的测量，实现非接触式压力测量的目的。

但是上述方法基于的测量系统只能实现一对一的测量，测量成本较高，且测量系统体积较大，不便携带。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于应变传感器的管道压力测量系统，以克服现有测量系统成本高、体积大不便携带的问题。

本发明的技术方案是提供一种基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法，其特殊之处在于，包括压力标定过程与压力测量过程：

所述压力标定过程为：

①对多个标定管道上不同测点位置，分别测量多组温度、压力和应变值，代入拟合公式1，分别得到每个测点位置处f_1n(ε)与f_2n(T)函数对应的函数系数K_1n与K_2n值，n为测点位置序号；其中拟合公式1为：

P＝f₁(ε)+f₂(T)；

其中P为压力，ε为应变，T为温度，f₁(ε)为压力与应力的函数关系；f₂ (T)为压力与温度的函数关系；所述拟合公式1通过验证试验获得，所述标定管道为验证试验中获得的具有确定测点位置及在各测点位置处粘接确定的压力和/或温度传感器的管道；

②在手持式解调显示器中，写入各测点位置的具体拟合公式：

P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)

其中f_1n(ε)为第n个测点位置处，压力与应力的具体函数关系；f_2n(T) 为第n个测点位置处，压力与温度的具体函数关系；

其中，手持式解调显示器包括壳体及设置在壳体内的信号采集单元、系统控制单元、电源转换单元、电池系统和显示系统；

壳体上设有传感器接口、系统测试接口及电源接口；

传感器接口通过信号采集单元与系统控制单元电连接；

系统测试接口与系统控制单元电连接；

电源接口通过电源转换单元与电池系统电连接；

显示系统与系统控制单元电连接；

信号采集单元包括多个采集通道，每个采集通道均包括一个采集模块，各个采集通道与各传感器一一对应；

所述压力测量过程为：

①将上述任一标定管道与高压压力容器连接，通过应变传感器和温度传感器采集测量区域内各测点位置当前应变值和温度值；

②通过传感器接口将手持式解调显示器与高压压力容器连接的标定管道上的压力和/或温度传感器插接，控制信号采集单元中的相应采集通道的采集模块将采集信号转化为数字信号发送至系统控制单元；系统控制单元自动匹配该传感器模块的参数信息，将采集到的该传感器模块的应变和温度信息利用相应测点位置的具体拟合公式P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)，转化为压力参数信息进行输出和存储，输出至显示系统显示；

③根据所有测点位置处管路中的压力值，计算得到每个测点对应的高压压力容器内的实时压力。

进一步地，系统控制单元包括信号采集模块、数据转换处理模块与数据传输模块，信号采集模块用于采集相应采集通道的采集模块发送的数字信号；数据转换处理模块用于将采集到的应变和温度信息利用相应测点位置的已标定的具体拟合公式P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)，转化为压力参数信息；数据传输模块用于压力参数信息输出至显示系统或者外部测试设备进行显示，以及接收显示系统或者外部测试设备的控制指令。

进一步地，压力测量过程中，步骤②具体为：

步骤2.1、通过传感器接口将手持式解调显示器与高压压力容器连接的标定管道上的压力和/或温度传感器插接；

步骤2.2、对手持式解调显示器初始化；

步骤2.3、控制信号采集单元中相应采集通道的采集模块将采集信号转化为数字信号发送至系统控制单元；

步骤2.4、系统控制单元中的信号采集模块根据连接情况对各个采集通道采集模块的信号进行采集；针对每个采集通道采集模块的信号进行N次采集(采样频率较高，取短时内的均值保证输出的稳定性)，其中N为大于等于2的正整数；

步骤2.5、系统控制单元中的数据转化处理模块对N次采集结果进行平均计算并转化为压力或温度数据，作为该采集通道内传感器最终信息值；并自动匹配该传感器模块的参数信息，将应变和温度信息利用相应测点位置的已标定的具体拟合公式P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)，转化为压力参数信息；

步骤2.6、系统控制单元中的数据传输模块将压力参数信息输出至显示系统或者外部测试设备进行显示。

进一步地，针对不锈钢与钛合金两种材质的管道，所述拟合公式1为：

P＝aε+bT³+cT²+dT+e₁+e₂

其中a与e₁是与K₁相关的常数，b、c、d、e₂是与K₂相关的常数；K₁为应变、压力相关函数系数，K₂为温度、压力相关函数系数；

压力标定过程步骤②中的各测点位置的具体拟合公式为：

P_n＝a_nε+b_nT³+c_nT²+d_nT+e_1n+e_2n

其中a_n与e_1n是与K_1n相关的常数，b_n、c_n、d_n、e₂是与K_2n相关的常数，n为测点位置序号。

进一步地，所述验证试验过程为：

选取与高压压力容器连接的管道，在不同的测点位置处粘贴温度及应变传感器，利用多组温度、压力和应变值的测量数据，获得拟合公式1：

P＝f₁(ε)+f₂(T)；

其中P为压力，ε为应变，T为温度，f₁(ε)为压力与应力的函数关系；f₂ (T)为压力与温度的函数关系；并确定管道最终测点位置及各测点位置处粘接的相应的压力和/或温度传感器。

进一步地，所述验证试验过程具体为：

步骤1a、选取与高压压力容器连接的待测管道作为验证试验管道；

步骤1b、确定验证试验管道上的测点位置、数量及验证条件，其中验证条件包括温度测量点与压力测量点；

步骤1c、在验证试验管道对应测点位置处粘贴相应的应变传感器和温度传感器；

步骤1d、将验证试验管道放入环境温试验箱中，验证试验管道的一端用堵头密封，另一端接标准压力源，模拟不同温度、不同压力的工作状态；

步骤1e、根据步骤1b确定的温度测量点和应变测量点，针对每个测点位置，在每个温度测量点下对验证试验管道加压至压力测量点，控制温度到对应的温度测量点，待管路温度稳定后记录每个测点位置处的应变输出值，获得应变与温度、压力的对应拟合公式1：

P＝f₁(ε)+f₂(T)；

步骤1f、根据试验数据确定管道最终测点位置及各测点位置处粘接的相应的应变传感器和/或温度传感器。

进一步地，所述压力标定过程中步骤①具体包括以下步骤：

步骤2a、选取验证试验中确定的连接管道作为待标定的传感器模块管道，即步骤①中所述的标定管道；

步骤2b、确定传感器模块管道上的标定条件，其中标定条件包括温度测量点与压力测量点；

步骤2c、将传感器模块管道放入环境温试验箱中，传感器模块管道的一端用堵头密封，另一端接标准压力源，模拟不同温度、不同压力的工作状态；

步骤2d、根据步骤2b确定的温度测量点和应变测量点，针对每个测点位置，在每个温度测量点下对传感器模块管道加压至压力测量点，控制温度到对应的温度测量点，待管路温度稳定后记录每个测点位置处的应变输出值，根据应变与温度、压力的对应关系P＝f₁(ε)+f₂(T)，得到每个测点位置处压力关于温度、应变的具体拟合公式P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)。

进一步地，验证试验确定至少一个测点位置(给定压力在随机温度下测量输出的准确性验证)，在测点位置处均粘贴应变传感器和温度传感器；其中应变传感器用于测量管路径向的应变量。

进一步地，验证试验确定6N个测点位置，分为N个区域；在每个区域中，四个测点位置处粘贴应变传感器，另外两个测点位置处粘贴温度传感器；且两个应变传感器为一组，两组应变传感器沿管道轴向排布，测试管路径向的应变量，已经经过试验验证管路径向(圆周方向)应变比管路轴向(伸长方向)更为明显，所以选取轴向进行测量。

本发明还提供一种基于应变、温度传感器的非接触压力测量装置，其特殊之处在于：包括手持式解调显示器与多组传感器模块；

每组传感器模块均包括至少一个贴在相应管路外侧面的应变传感器及一个温度传感器，应变传感器用于感知相应管路压力变化引起的管路应变变化，温度传感器用于测量相应管路的温度值，修正应变传感器受温度影响引入的偏移量；

手持式解调显示器包括壳体及设置在壳体内的信号采集单元、系统控制单元、电源转换单元、电池系统和显示系统；

壳体上设有传感器接口、系统测试接口及电源接口；

传感器接口通过信号采集单元与系统控制单元电连接；

系统测试接口与系统控制单元电连接；

电源接口通过电源转换单元与电池系统电连接；

显示系统与系统控制单元电连接；

信号采集单元包括多个采集通道，每个采集通道均包括一个采集模块，各个采集通道与各传感器模块中的每个传感器一一对应；

利用传感器接口与待测压力测量点位置处的传感器模块插接，信号采集单元中的相应采集通道中的采集模块将采集信号转化为数字信号发送至系统控制单元；系统控制单元自动匹配该传感器模块的参数信息，将采集到的该传感器模块的应变和温度信息自动转化为压力参数信息进行输出和存储，输出后通过显示系统显示。

进一步地，系统控制单元主要由ARM处理器、晶振及RS232电路组成；ARM 处理器采用CS32F103CB芯片实现，该芯片基于32位的ARM3内核，提供装置所需的SPI2、UART1、UART2、SWD和GPIO接口；其中，SPI2用于与信号采集单元连接；UART1用于与显示系统进行通信；UART2通过RS232电路与外部PC 进行232通信；SWD用于处理器的软件调试和固化接口，GPIO接口为状态指示或预留IO接口。

进一步地，信号采集单元中的每个采集模块主要由1/4桥电路、放大电路、跟随电路及AD转换器组成；传感器模拟信号分别经过1/4桥电路、放大电路及 AD转换器，最终将模拟信号转换为电压数字量输出到系统控制单元进行处理； AD转换器输出的2.5V参考电压经过跟随电路的有效隔离和降低前端噪声后，作为1/4桥电路的电压基准源。

进一步地，电源转换单元包括5V电源稳压器、3.3V电源稳压器和反向电压转换器；电池系统经过5V电源稳压器转换后输出+5V电压，+5V电压通过3.3V 电源稳压器和反向电压转换器分别转换输出+3.3V和-5V，其中，+3.3V用于为系统控制单元供电；-5V用于为信号采集单元中的放大电路及跟随电路供电，+5V 用于为信号采集单元中的AD转换器及显示系统供电。

进一步地，在5V电源稳压器、3.3V电源稳压器和反向电压转换器的输出端均设有π型滤波电路。

进一步地，显示系统通过TTL_RS232与系统控制单元进行通信。

进一步地，显示系统中还设置有参数校准值，用于采集通道偏移参数的校准设置。

进一步地，电池系统包括锂电池组、充放电板以及电源适配器；充放电板采用TP5100芯片。

本发明的有益效果是：

1、本发明基于一个手持式解调显示器即可实现多个压力容器或管道的压力非接触测量，测量过程中，只需通过传感器接口将手持式解调显示器与高压压力容器连接的标定管道上的压力和/或温度传感器插接，信号采集单元中的相应采集通道的采集模块将采集信号转化为数字信号发送至系统控制单元；系统控制单元自动匹配该传感器模块的参数信息，将采集到的该传感器模块的应变和温度信息利用相应测点位置的具体拟合公式P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)，转化为压力参数信息进行输出和存储，输出至显示系统显示。测量过程简单，测量成本较低，且手持式解调显示器测量系统体积较小，便于携带，自带电源不需要系统供电，保证了产品的寿命。

2、本发明经过前期大量的验证试验，根据试验结论获得管路特性拟合公式 P＝f₁(ε)+f₂(T)，通过标定试验获取每个测点位置处温度、压力及应变值的具体拟合公式，在测量过程中，将当前应变值和温度值，带入相应的拟合公式P_n＝f_1n (ε)+f_2n(T)，即可计算当前管路中的压力；采用非接触测量即可获得压力数据，减少压力回路的(因增加一个传统的接触式压力测量点而增加的压力泄露) 风险点，提高高压管路设备的可靠性。

3、本发明采用贴片式传感器，只需要将传感器粘贴在待测管道路的外壁即可，满足对测量设备小型化、微型化的需求。

4、本发明通过压力应变试验、温度应变试验、恒温压力应变试验、反复恒温压力应变试验(油介质)及反复恒压应变温度试验验证，证明了该压力测量方法进行压力测量，在管路中应用效果明显，测量精度可控，在管路中能更好的解决随时进行非接触压力测量或持续压力监测的目的，应用前景明朗。

附图说明

图1为实施例的测量系统示意图；

图2为实施例的手持式解调显示器框图；

图3为实施例的手持式解调显示器外形结构图；

图4为实施例的手持式解调显示器原理框图；

图5为实施例的手持式解调显示器的系统控制单元的原理框图；

图6为实施例的手持式解调显示器的信号采集单元其中采集模块的原理框图；

图7为实施例的四分之一桥电路示意图；

图8为实施例的电源转换单元原理框图；

图9为实施例的显示屏通道数据界面示意图；

图10为实施例的系统控制单元控制软件流程图；

图11为实施例的试验连接图；

图12为本发明实施例一验证试验过程中传感器粘贴方式；

图13为本发明实施例一验证试验的试验数据曲线一，为应变测量仪第3通道的数据；

图14为本发明实施例一验证试验的试验数据曲线二，为应变测量仪第4通道的数据；

图15为应变传感器在固定压力下应变与温度曲线一；

图16为应变传感器在固定压力下应变与温度曲线二；

图17为本发明实施例二验证试验的应变传感器粘贴方式；

图18为本发明实施例二验证试验中测点位置8在压力变化下不同温度的应变变化；

图19至图28为本发明实施例二验证试验中测点位置8分别在-10℃、-5℃、 0℃、10℃、20℃-1、20℃-2、20℃-3、25℃、30℃、40℃温度下，应变随压力的变化曲线。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明方法具体包括验证试验、压力标定与压力测量三个过程：

验证试验：

针对多组管道，在不同的测点位置处粘贴温度及应变传感器，经过大量验证试验，利用多组温度、压力和应变值的测量数据，确定了最优的测点位置及获得了拟合公式P＝f₁(ε)+f₂(T)，其中f₁(ε)为压力与应力的函数关系；f₂ (T)为压力与温度的函数关系；对于不同材料、不同曲率半径、不同壁厚的待测管道对应的函数关系及最优测点位置有差异。

在最优测点位置粘贴相应温度及应变传感器的管道可直接用于后续标定过程及测量过程。为了后续便于描述，在压力标定过程中将该管道定义为标定管道。

压力标定过程与压力测量过程：

压力标定过程为：针对多组标定管道，对当前测点位置，测量多组温度、压力和应变值，代入拟合公式P＝f₁(ε)+f₂(T)，得到该测点位置处的K₁、K₂值；其中K₁为f₁(ε)函数对应的函数系数，K₂为f₂(T)函数对应的函数系数， P为压力，ε为应变，T为温度；然后，针对每个测点位置重复上述步骤，得到每个测点位置的K_1n、K_2n值；n为测点位置序号；之后在测量系统的手持式解调显示器中，写入各测点位置的具体拟合公式P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)。其中，手持式解调显示器包括壳体及设置在壳体内的信号采集单元、系统控制单元、电源转换单元、电池系统和显示系统；壳体上设有传感器接口、系统测试接口及电源接口；传感器接口通过信号采集单元与系统控制单元电连接；系统测试接口与系统控制单元电连接；电源接口通过电源转换单元与电池系统电连接；显示系统与系统控制单元电连接；信号采集单元包括多个采集通道，每个采集通道均包括一个采集模块，各个采集通道与各传感器一一对应。

压力测量过程为：将上述标定管道与待测高压压力容器连接，通过应变传感器和温度传感器采集测量区域内各测点位置当前应变值和温度值；通过传感器接口将手持式解调显示器与高压压力容器连接的标定管道上的压力和/或温度传感器插接，信号采集单元中的相应采集通道的采集模块将采集信号转化为数字信号发送至系统控制单元；系统控制单元自动匹配该传感器模块的参数信息，将采集到的该传感器模块的应变和温度信息利用相应测点位置的具体拟合公式 P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)，转化为压力参数信息进行输出和存储，输出至显示系统显示；根据所有测点位置处管路中的压力值获得最终高压压力容器中的压力。

每个测点位置的温度可以通过粘贴在该测点位置处的温度传感器获得；也可以用两个或两个以上的温度传感器测量整个测量区域的温度，作为该测量区域内所有测点位置处的温度值。当采用两个或两个以上的温度传感器测量整个测量区域的温度作为该测量区域内所有测点位置处的温度值时：取两个温度传感器输出值的平均值作为当前测点位置处的温度值，当两支温度传感器输出温度差值大于设定值时，如0.4℃时，提示温度传感器需要重新校准后使用(校准或更换传感器)。此方法保证了温度测量准确和测量结果可靠。

根据验证试验，可采用m支应变传感器即确定m个测点位置，m支应变传感器对应温度输入值，可测得m组压力值，为了保证压力值输出的准确，采用异常值剔除法(可采用格拉布斯准则/狄克逊准则)，剔除出现的异常值。无异常值时，按照m组压力值的平均值输出，如有异常值，按照剩余压力值的平均值进行输出，即为高压压力容器中的压力。其中m为大于等于2的正整数。

实施例一

本实施例测量系统如图1所示，主要包括手持式解调显示器与多组传感器模块；本实施例一个手持式解调显示器配置多组传感器模块，多组传感器模块可以安装于同一待测范围内的多个测点处，传感器模块与手持式解调显示器出厂前进行一对一试验标定及验证，验证合格后，用于布置在用户的压力测量点处，需要进行测量时手持式解调显示器与每一个布置在压力测量点的传感器模块连接就能得到每个测点的压力测量值(同时可测量该测点温度)。

其中，传感器模块安装于管路的外壁面(可位于中部)，包括至少一个应变传感器及一个温度传感器，应变传感器用于感知管路压力变化引起的管路应变变化，温度传感器用于测量管路的温度值，修正应变传感器受温度影响引入的偏移量。该设计使用与压力气瓶及管路内压力的实时监测，按照一个手持式解调显示器模块配套多个压力传感器模块的模式进行设计，可实现一个区域内配置的多个传感器模块配置一个对应的手持式解调显示器模块的模式。从图中可以看出，本实施例每组传感器模块包括四组应变传感器和两组温度传感器。

使用过程：多个传感器模块的测量性能在出厂时已经写入对应的手持式解调显示器模块中，(测量过程的实现：针对传感器模块的实际测量数据，经标定试验(在给定的温度和压力下针对每一个测点的当前应变输出值和温度值给手持式解调显示器模块写入当前输出压力值，通过写入的每个测量点下压力值形成P＝f(ε,T)(其中：P为压力，ε为应变，T为温度)))。使用过程为需要测量某设置的压力测量点时，只需要将对应的手持式解调显示器模块与该压力测量点配置的压力传感器某块进行插接，手持式解调显示器模块自动识别传感器某块，自动匹配该传感器某块的参数信息，将采集到的该传感器模块的应变和温度信息自动转化为压力参数信息进行输出和存储。

测量过程(两组温度传感器，用于测量当前温度，当前温度值取两个温度传感器输出值的平均值，当两支温度传感器输出温度差值大于0.4℃时，通过控制系统提示温度传感器需要重新校准后使用(校准或更换传感器)。此方法保证了温度测量准确和测量结果可靠。四组应变传感器对应温度输入值，可测得4 组压力值，为了保证压力输出的准确，采用异常值剔除法(可采用格拉布斯准则/狄克逊准则)，剔除出现的异常值。无异常值时，按照4组值的平均值输出，如有异常值，按照剩余的压力值的平均值进行输出。)

本实施例手持式解调显示器性能特性应满足以下：(1)完成4路应变压力传感器的采集和处理，压力检测满足0～60MPa测试范围，压力测试精度优于±0.1％FS(FS表示满量程)；

(2)完成2路温度传感器的采集和处理，温度检测满足0℃～+35℃测试范围，温度测试精度优于±0.3℃(加负载情况)；

(3)提供外部校准功能接口；

(4)提供显示屏实现测试数据显示和用户指令输入；

(5)电源要求：系统内部电池供电，电池输出电压8.4V～10V，输出电流不小于1A；

(6)外部校准功能接口可实现已校准数据的导入、导出。

本实施例手持式解调显示器结构特性要求应满足以下：

(1)本装置体积要求优于170mm(长)*120mm(宽)*80mm(高)；

(2)提供系统上电开关；

(3)外形美观协调。

手持式解调显示器设计框图如图2所示。包括壳体及设置在壳体内的信号采集单元、系统控制单元、电源转换单元、电池系统和显示系统；其外形结构如图3所示，本装置的结构尺寸设计为140mm(长)*110mm(宽)*56mm(高)，在装置的正面安装4.3寸的显示屏(显示屏尺寸为107mm*69mm)。解调显示器内部采用3层设计结构，从上到下依次为显示层、系统控制层、电池与电源转换层。腔体外部除电源接口、传感器接口、系统测试接口外，还设置了电源开关、电池充电指示及产品编号(腔体用灰色金属阳极氧化处理，编号用白漆印制)。

如图4所示，壳体上设有传感器接口、系统测试接口及电源接口；传感器接口通过信号采集单元与系统控制单元电连接；系统测试接口与系统控制单元电连接；电源接口通过电源转换单元与电池系统电连接；显示系统与系统控制单元电连接；信号采集单元包括多个采集通道，每个采集通道均包括一个采集模块，各个采集通道与各传感器一一对应。

外部电源由适配器接入，经适配器转换输出的8.4V～10V直流电压通过电源接口J1接入，经过电源转换单元U2为系统提供工作电压以及电池系统的充电电源。当外部不接入电源时，由电池系统放电，经过电源转换单元U2为系统提供工作电压。最终，由电源转换单元U2转换输出+5V、+3.3V和-5V，为装置中的其他单元提供工作电源。

每组传感器模块中的4路压力传感器和2路温度传感器经传感器接口J3接入，通过信号采集单元U3转换为相对应的电压信号，进行AD采集后，将数据送入系统控制单元U1。系统控制单元U1则主要负责信号采集控制、采集信号数据处理，此外还通过系统测试接口J2与外部系统进行通信、软件固化、系统测试等，与显示系统U4进行通信，提供测试数据的结果显示和指令控制。

如图5所示，本实施例系统控制单元U1主要由ARM处理器、晶振、RS232 电路等组成。ARM处理器采用CS32F103CB芯片实现，该芯片基于32位的 ARM3内核，主要提供装置所需的UART、SPI、SWD和GPIO等接口。其中， SPI接口用于与信号采集单元U3连接，实现6路采集通道的采集控制，UART1 用于与显示系统进行通信，UART2通过RS232电路与外部PC进行232通信，SWD用于处理器的软件调试和固化接口，GPIO则用于状态指示、预留IO接口等。系统控制单元主要包括信号采集模块、数据转换处理模块、数据传输模块3 部分。其中，信号采集模块实现6个通道的AD采集控制，6个通道采用一个共用的SPI接口，由6个独立的芯片使能信号进行切换，可实现6个通道的分时采集，针对每个采集通道采集模块的信号进行5次采集。数据转换处理模块则实现对6个通道的采集数据转换，包括对每个通道连续采集的5个数据进行求平均计算、采集参数修正、AD电压数据转换为压力或温度的计算等。数据传输则实现将采集处理结果传输到显示系统或者外部测试设备进行显示，以及接收显示系统或者外部测试设备的控制指令。

系统控制设计流程如图10所示。设备开始工作后，对设备通道号和循环次数进行初始化，然后分时对6个通道进行信号采集和33ms延时，当进行5次循环后，约耗时T＝33ms*6*5＝0.99s，然后对采集结果进行5个采集点的平均计算，再依次进行参数修正和电压数据转换，最终将转换结果通过串口发送到显示屏或外部设备进行显示，从而实现约1次/s的更新速率。

如图6所示，本实施例信号采集单元U3每路采集通道内的采集模块主要由 1/4桥电路、放大电路、跟随电路、AD转换组成。传感器模拟信号分别经过1/4 桥电路、放大电路、AD转换器，最终将采集转换后的电压数字量输出到系统控制单元进行处理。同时，为了保证采样数据的稳定性，AD转换器输出的2.5V 参考电压经过跟随电路的有效隔离和降低前端噪声后，作为1/4桥电路的电压基准源。外部传感器采用3线制接入，与精密电阻R1、R2、R4构成1/4桥电路，其中Vref为1/4桥电路的电压基准源，如图所示。

如图8所示，本实施例电源转换单元主要由2个电源稳压器和1个反向电源转换器组成。2个电源稳压器分别为5V电源稳压器与3.3V电源稳压器。电池系统经过5V电源稳压器转换后输出+5V电压，+5V电压通过3.3V电源稳压器和反向电压转换器分别转换输出+3.3V和-5V，其中，+3.3V主要用于ARM处理器及其配置电路中，-5V用于运算放大电路，+5V则主要用于AD转化器、运算放大电路、显示系统等。

由于本装置的指标精度要求较高，对电源干扰比较敏感，因此，在各级DC 电源转换输出均设置了π型滤波电路。

显示系统主要实现6个通道信号采集数据的显示以及标定参数设置的指令控制，显示系统由5V供电，通过TTL_RS232与系统控制单元进行通信。

显示屏界面如图所示，可显示6个传感器通道的连接状态和测试值，当传感器接入时，连接状态显示为“已连接”，传感器未接入时，连接状态显示为“未连接”。此外，显示屏中还设置了参数校准值，用于采集通道偏移参数的校准设置。

电池系统包括锂电池组、充放电板以及电源适配器，主要实现电池充放电管理。充放电板采用TP5100芯片进行充放电管理。通过电源适配器输入 8.4V～10V电源，经TP5100为电池进行充电，通过电阻R可以调节充电电流，电流计算为I＝0.1/R，当R取值为0.1Ω时，充电电流为1A。此外，为了方便充放电指示，电路中设置为低电压指示灯(红色)和满电压指示灯(绿色)。

本实施例具体的验证试验过程如下：

验证试验：

采用直管道进行验证试验，将

直管道放入高低温试验箱中，直管道的一端用堵头密封，另一端接标准压力源，应变传感器及温度传感器布置于直管道的不同位置，通过调节不同的温度、压力条件，即在每个试验温度下对直管道进行升、降压，监测温度变化，待直管道温度稳定后记录应变的输出。在一个温度环境下对0～20MPa所有测点位置进行分析校准，通过测温仪及应变仪进行数据采集，分析出应变与温度、压力的对应关系P＝f₁(ε)+f₂(T)，本实施例为：P＝aε+bT³+cT²+dT+e₁+e₂，其中a、b、c、d、e₁、e₂均为常数，不同测点位置具有不同的a、b、c、d、e₁、e₂值；

验证试验连接图如图11。该试验总共包括8个测点位置，每一个测点位置处均粘贴应变传感器及温度传感器，应变传感器的应变信号通过线缆输送至应变测量仪，通过应变测量仪的不同通道显示不同测点位置的应变值，温度传感器的温度信号通过线缆输送至测温仪。因本实施例选取的应变测量仪只有6个可用通道，所以只选择了8个测点中具有代表性的6个测点位置进行验证试验。

具体条件如下：

(1)温度测量点：-30℃、0℃、20℃、40℃、60℃、75℃。

(2)压力测量点：0MPa、5MPa、10MPa、15MPa、18MPa、20MPa。

(3)应变传感器：匹配钛合金的高精度应变传感器(军工级)。

(4)粘贴工艺：对管道的粘贴表面进行处理，采用H-600双组份环氧树脂胶粘剂，进行固定粘贴，按照使用要求对其进行烘干固化。

(5)粘贴位置选择：两个应变传感器为一组，顶头排列，设计粘贴四支，分别按照测量管路应变方向不同在管路上一次按照“轴向-径向-轴向-径向”顺序进行布点。应变传感器粘贴方式见图12，图中，测点位置1、测点位置2、测点位置5与测点位置6处的应变传感器测试管路轴向的应变量，测点位置3、测点位置4、测点位置7与测点位置8处的应变传感器测试管路径向的应变量。

(6)温度测量：在每一个应变测点位置旁布置一个贴片式温度传感器，用于该测点位置温度的测量，贴片式温度传感器准确度等级为A级。

(7)数据输出设备选择：高精度应变测量仪。

(8)线路连接：电路板焊接方式。

(9)测量电路：四分之一桥。

验证试验验证结论

针对不锈钢材质的管道。通过数据分析发现在0～20MPa的压力范围内轴向应变最大约为96με，而径向(或圆周方向)应变最大约为370με，径向变化是轴向变化的4倍左右，因此在具体标定测量试验中，只测试待测管道路的径向应变。取变化较为明显的径向传感器做数据分析，试验数据曲线如图13及图14 所示。图13中CH3表示采集的是应变测量仪第3通道的数据；图14中CH4表示采集的是应变测量仪第4通道的数据。

由图13与图14可知应变传感器在每个温度下其线性一致性好，压力与应变成线性关系。

由图15与图16可知应变传感器在固定压力下应变与温度呈现一个曲线特性，其关系可用二次方程来表示，应变传感器温度和应变关系一致性好。通过曲线拟合，压力可表示为P＝aε+bT³+cT²+dT+e₁+e₂(其中：P为压力，ε为应变， T为温度)。在(-30～75)℃，(0～20)MPa条件下，满足测量精度要求。可以用于压力容器的压力实时测量和监测。

通过上述验证试验，获得最优的测点位置，本实施例确定的测点位置如图12所示，箭头代表应变感知方向，其中测点位置1、2、3、4处粘贴应变传感器，两个应变传感器为一组，每一组中的两个应变传感器沿管道径向顶头排列，两组应变传感器沿管道轴向排布，测试管路径向的应变量，测点位置5、6处粘贴两个温度传感器。

本实施例具体的压力标定过程及压力测量过程如下：

压力标定过程：

将上述在最优测点位置粘贴有相应传感器的验证试验管道，作为标定管道，确定标定过程的标定条件，其中标定条件包括温度测量点与压力测量点；将标定管道放入环境温试验箱中，标定管道的一端用堵头密封，另一端接标准压力源，根据确定的温度测量点和应变测量点，针对每个测点位置，在每个温度测量点下对标定管道加压至压力测量点，控制温度到对应的温度测量点，待管路温度稳定后记录每个测点位置处的应变输出值，根据应变与温度、压力的对应关系P＝f₁(ε)+f₂(T)，得到每个测点位置处压力关于温度、应变的具体拟合公式P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)；并将其写入手持式解调显示器。本实施例具体为：P_n＝a_nε +b_nT³+c_nT²+d_nT+e_1n+e_2n，其中a_n与e_1n是与K_1n相关的常数，b_n、c_n、d_n、e₂是与 K_2n相关的常数，n为测点位置序号，如针对第一个测点位置，P₁＝a₁ε+ b₁T³+c₁T²+d₁T+e₁₁+e₂₁，针对第二个测点位置，P₂＝a₂ε+b₂T³+c₂T²+d₂T+e₁₂+e₂₂。

压力测量过程：

将上述标定管道(粘贴有相应传感器的标定管道)与待测高压压力容器连接，采集测量区域内各测点位置当前应变值和温度值；将其转化为相应的数字信号后，判断两个温度传感器输出温度差值是否大于设定值，若是，则需要重新校准温度传感器；否则取两个温度传感器输出值的平均值作为当前温度值；

根据手持式解调显示器内的拟合公式P_n＝a_nε+b_nT³+c_nT²+d_nT+e_1n+e_2n计算当前测点位置处管路中的压力，判断四个测点位置处管路中的压力值是否存在异常值，若是采用异常值剔除法剔除出现的异常值，将剩余值的平均值作为当前压力值；否则，将四组压力值的平均值作为当前压力值。

实施例二

本实施例测量系统及具体的测量试验与实施例一完全相同，与实施例一不同的是验证试验。

本实施例具体的验证试验如下：

本实施例验证试验采用材质二(钛合金，该管道为与高压压力容器连接的待测管道)的管道进行。

选取应变传感器8支、温度传感器2支及其配套的显示和传输系统，具体连接同实施例一中的图11，不同的是该实施例采用两支温度传感器的温度值作为 8个测点位置的温度值。如图17所示。

将管道放入高低温试验箱中，管道的一端用堵头密封，另一端接标准压力源，应变传感器及温度传感器布置于管道的不同位置，通过调节不同的温度、压力条件，即在每个试验温度下对管路进行加压，监测温度变化，待管路温度稳定后记录应变的大小。在一个温度环境下对0～20MPa所有试验点进行校准，通过测温仪及应变测量仪进行数据采集，分析出应变与温度、压力的对应关系，拟合出压力关于温度、应变的二元多项式。

具体条件如下：

(1)温度测量点：-10℃、-5℃、0℃、10℃、20℃三次、25℃、30℃、40℃。

(2)压力测量点：0MPa、5MPa、10MPa、13MPa、16MPa、18MPa、 20MPa。

(3)应变传感器：高精度应变传感器。

(4)粘贴工艺：对管道的粘贴表面进行处理，采用H-600双组份环氧树脂胶粘剂，进行固定粘贴，按照使用要求对其进行烘干固化。

(5)粘贴位置选择：如图17所示，测点位置1至测点位置8处为应变传感器，测点位置9和测点位置10为温度传感器；测点位置4和测点位置8的应变传感器顶头排列，测点位置1和测点位置5的应变传感器顶头排列，测点位置3 和测点位置6的应变传感器顶头排列，均用于测试管路径向的应变量。测点位置2和测点位置7的应变传感器顶头排列，用于测试管路轴向的应变量。

(6)温度测量：在测点位置9和测点位置10处各布置一个贴片式温度传感器，用于该测点位置温度的测量，贴片式温度传感器准确度等级为A级。

(7)数据输出设备选择：高精度应变测量仪。

(8)线路连接：电路板焊接方式。

验证试验结论

主要考察相同测点位置条件、压力变化下不同温度的应变变化，以下以测点位置8为例进行分析。

如图18所示，为测点位置8在压力变化下不同温度(-10℃、-5℃、0℃、10℃、 20℃三次、25℃、30℃、40℃)的应变变化(平均值结果显示，将不同温度下相同压力的应变值取平均值)。从图中试验数据可以得到在恒定压力下，压力输出值与温度输入值成三次曲线关系。P＝f(T)(当前试验管路数据显示，T取三次函数时，R²趋近于1，其中R²为试验数据与拟合函数之间的吻合程度的相关系数，R²越接近1，吻合程度越高，越接近0，则吻合程度越低。)。

测点位置8分别在-10℃、-5℃、0℃、10℃、20℃-1、20℃-2、20℃-3、25℃、30℃、40℃温度下，应变随压力的变化曲线图如图19-28所示，图中x轴为压力值，单位为MPa，y轴为应变值，单位为με，各温度值下的均值轨迹方程下表所示：

温度点	均值轨迹方程	R平方值
			-10℃	y＝6.3611x-552.27	R<sup>2</sup>＝1
-5℃	y＝6.4095x-448.74	R<sup>2</sup>＝1
			0℃	y＝6.3521x-355.89	R<sup>2</sup>＝1
10℃	y＝6.4952x-172.6	R<sup>2</sup>＝0.9999
			20℃-1	y＝6.5206x-1.2917	R<sup>2</sup>＝1
20℃-2	y＝6.37x+4.1114	R<sup>2</sup>＝1
			20℃-3	y＝6.3604x+16.576	R<sup>2</sup>＝1
25℃	y＝6.4493x+87.377	R<sup>2</sup>＝1
			30℃	y＝6.4532x+176.25	R<sup>2</sup>＝1
40℃	y＝6.4195x+328.03	R<sup>2</sup>＝1

从图19至28可以看出，在恒定温度下，压力输出值与应变输入值成线性关系。P＝f(ε)(ε取一次函数时，R²趋近于1)。

在以当前试验管路为例，压力关于温度、应变的拟合公式为：P＝aε +bT³+cT²+dT+e₁+e₂，其中，a、b、c、d、e₁、e₂为常数，P为压力，ε为应变，T 为温度。

利用压力标定过程获得每个测点位置处的具体拟合公式P_n＝a_nε +b_nT³+c_nT²+d_nT+e_1n+e_2n，在测量试验中根据具体拟合公式P_n＝a_nε+b_nT³+c_nT²+d_nT+e_1n+e_2n，计算当前测点位置处管路中的压力，最终得到高压压力容器内的当前压力值。

本发明在针对该发明测量方法的可行性和实用性进行验证，期间进行了大量的验证试验，验证试验包括：压力应变、温度应变、恒温压力应变、反复恒温压力应变、反复恒温压力应变试验(油介质)，每一项验证试验都是对该方法应用的一个进一步印证。将每一项前期验证试验的结论总结如下：

1压力应变试验：

试验结果分析：试验数据表明，管路压力变化会引起管路应变变化，该变化明显可测。管路的径向变化相对轴向变化更为明显。但应变变化无规律，初步考虑存在其他影响因素。

2温度应变试验：

试验结果分析：根据压力应变试验结果，初步确定温度也是一个影响应变变化的一个影响量。通过试验数据分析，温度会对管路引起较大的应变变化。

3恒温压力应变试验：

试验结果分析：通过在恒温箱中进行加压应变试验，在温度恒定，存在温度测量的不确定度，加压(氮气)管路温度急剧上升，恒到标准温度附近时进行应变测量，测量结果表明在恒定温度下，压力与应变的关系几乎成线性关系，虽然还存在一定的偏差，但已经表明该测量方法的可行性。

4反复恒温压力应变试验：

试验结果分析：通过长期的试验摸索，反复的在不同温度下进行压力应变试验，存在线性特别好的数据，也存在个别偏离的测量数据，经对大量试验数据进行分析，并对测量采集数据的条件进行记录，得到测量数据偏离的原因是温度测量不准确引入，从而造成个别测量结果存在偏离，且线性度存在一定的偏差。为了保证温度测量的准确性，一个是保证管路温度在测量状态下相对稳定，一个是提高测量温度仪器仪表的精度。确定后期进行油压试验，做进一步验证。

5反复恒温压力应变试验(油介质)试验

试验结果分析：通过长期反复的试验摸索，反复在不同温度下进行压力应变试验，温度测量数据较好的得到保证的情况下，经对大量试验数据进行分析，并对测量采集数据的条件进行记录，得到应变与压力成明显的线性关系，进程、回程数据差别较小，数据输出稳定。进一步验证了利用应变测量压力的可行性。下一步试验应该进一步研究温度对应变输出的影响进而达到准确测量压力的目的。

6反复恒压应变温度试验

试验结果分析：通过长期反复的摸索试验，反复在不同压力下进行温度应变试验，压力测量数据得到保证的情况下，经对大量试验数据进行分析，并对测量采集数据的条件进行记录，得到应变与温度呈有规律的非线性关系，进程、回程数据差别较小，数据输出稳定。

以上试验结论是支撑该方法形成的测量系统的基础，支撑了本发明在标定试验中对与已研究的两个管路的确定的拟合公式P＝aε+bT³+cT²+dT+e₁+e₂，和本发明方法广谱适用的其他测量管路的拟合公式P＝f₁(ε)+f₂(T)。

Claims (17)

1.一种基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法，其特征在于，包括压力标定过程与压力测量过程：

所述压力标定过程为：

①对多个标定管道上不同测点位置，分别测量多组温度、压力和应变值，代入拟合公式1，分别得到每个测点位置处f_1n(ε)与f_2n(T)函数对应的函数系数K_1n与K_2n值，n为测点位置序号；其中拟合公式1为：

P＝f₁(ε)+f₂(T)；

其中P为压力，ε为应变，T为温度，f₁(ε)为压力与应力的函数关系；f₂(T)为压力与温度的函数关系；所述拟合公式1通过验证试验获得，所述标定管道为验证试验中获得的具有确定测点位置及在各测点位置处粘接确定的压力和/或温度传感器的管道；

②在手持式解调显示器中，写入各测点位置的具体拟合公式：

P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)

其中f_1n(ε)为第n个测点位置处，压力与应力的具体函数关系；f_2n(T)为第n个测点位置处，压力与温度的具体函数关系；

其中，手持式解调显示器包括壳体及设置在壳体内的信号采集单元、系统控制单元、电源转换单元、电池系统和显示系统；

壳体上设有传感器接口、系统测试接口及电源接口；

传感器接口通过信号采集单元与系统控制单元电连接；

系统测试接口与系统控制单元电连接；

电源接口通过电源转换单元与电池系统电连接；

显示系统与系统控制单元电连接；

信号采集单元包括多个采集通道，每个采集通道均包括一个采集模块，各个采集通道与各传感器一一对应；

所述压力测量过程为：

①将上述任一标定管道与高压压力容器连接，通过应变传感器和温度传感器采集测量区域内各测点位置当前应变值和温度值；

②通过传感器接口将手持式解调显示器与高压压力容器连接的标定管道上的压力和/或温度传感器插接，控制信号采集单元中的相应采集通道的采集模块将采集信号转化为数字信号发送至系统控制单元；系统控制单元自动匹配该传感器模块的参数信息，将采集到的该传感器模块的应变和温度信息利用相应测点位置的具体拟合公式P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)，转化为压力参数信息进行输出和存储，输出至显示系统显示；

③根据所有测点位置处管路中的压力值，计算得到每个测点对应的高压压力容器内的实时压力。

2.根据权利要求1所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法，其特征在于：系统控制单元包括信号采集模块、数据转换处理模块与数据传输模块，信号采集模块用于采集相应采集通道的采集模块发送的数字信号；数据转换处理模块用于将采集到的应变和温度信息利用相应测点位置的已标定的具体拟合公式P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)，转化为压力参数信息；数据传输模块用于压力参数信息输出至显示系统或者外部测试设备进行显示，以及接收显示系统或者外部测试设备的控制指令。

3.根据权利要求2所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法，其特征在于，压力测量过程中，步骤②具体为：

步骤2.1、通过传感器接口将手持式解调显示器与高压压力容器连接的标定管道上的压力和/或温度传感器插接；

步骤2.2、对手持式解调显示器初始化；

步骤2.3、控制信号采集单元中相应采集通道的采集模块将采集信号转化为数字信号发送至系统控制单元；

步骤2.4、系统控制单元中的信号采集模块根据连接情况对各个采集通道采集模块的信号进行采集；针对每个采集通道采集模块的信号进行N次采集，其中N为大于等于2的正整数；

步骤2.5、系统控制单元中的数据转化处理模块对N次采集结果进行平均计算并转化为压力或温度数据，作为该采集通道内传感器最终信息值；并自动匹配该传感器模块的参数信息，将应变和温度信息利用相应测点位置的已标定的具体拟合公式P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)，转化为压力参数信息；

步骤2.6、系统控制单元中的数据传输模块将压力参数信息输出至显示系统或者外部测试设备进行显示。

4.根据权利要求3所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法，其特征在于，针对不锈钢与钛合金两种材质的管道，所述拟合公式1为：

P＝aε+bT³+cT²+dT+e₁+e₂

其中a与e₁是与K₁相关的常数，b、c、d、e₂是与K₂相关的常数；K₁为应变、压力相关函数系数，K₂为温度、压力相关函数系数；

压力标定过程步骤②中的各测点位置的具体拟合公式为：

P_n＝a_nε+b_nT³+c_nT²+d_nT+e_1n+e_2n

其中a_n与e_1n是与K_1n相关的常数，b_n、c_n、d_n、e₂是与K_2n相关的常数，n为测点位置序号。

5.根据权利要求4所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法，其特征在于，所述验证试验过程为：

选取与高压压力容器连接的管道，在不同的测点位置处粘贴温度及应变传感器，利用多组温度、压力和应变值的测量数据，获得拟合公式1：

P＝f₁(ε)+f₂(T)；

其中P为压力，ε为应变，T为温度，f₁(ε)为压力与应力的函数关系；f₂(T)为压力与温度的函数关系；并确定管道最终测点位置及各测点位置处粘接的相应的压力和/或温度传感器。

6.根据权利要求5所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法，其特征在于，所述验证试验过程具体为：

步骤1a、选取与高压压力容器连接的待测管道作为验证试验管道；

步骤1b、确定验证试验管道上的测点位置、数量及验证条件，其中验证条件包括温度测量点与压力测量点；

步骤1c、在验证试验管道对应测点位置处粘贴相应的应变传感器和温度传感器；

步骤1d、将验证试验管道放入环境温试验箱中，验证试验管道的一端用堵头密封，另一端接标准压力源，模拟不同温度、不同压力的工作状态；

步骤1e、根据步骤1b确定的温度测量点和应变测量点，针对每个测点位置，在每个温度测量点下对验证试验管道加压至压力测量点，控制温度到对应的温度测量点，待管路温度稳定后记录每个测点位置处的应变输出值，获得应变与温度、压力的对应拟合公式1：

P＝f₁(ε)+f₂(T)；

步骤1f、根据试验数据确定管道最终测点位置及各测点位置处粘接的相应的应变传感器和/或温度传感器。

7.根据权利要求6所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法，其特征在于，所述压力标定过程中步骤①具体包括以下步骤：

步骤2a、选取验证试验中确定的连接管道作为待标定的传感器模块管道，即步骤①中所述的标定管道；

步骤2b、确定传感器模块管道上的标定条件，其中标定条件包括温度测量点与压力测量点；

步骤2c、将传感器模块管道放入环境温试验箱中，传感器模块管道的一端用堵头密封，另一端接标准压力源，模拟不同温度、不同压力的工作状态；

步骤2d、根据步骤2b确定的温度测量点和应变测量点，针对每个测点位置，在每个温度测量点下对传感器模块管道加压至压力测量点，控制温度到对应的温度测量点，待管路温度稳定后记录每个测点位置处的应变输出值，根据应变与温度、压力的对应关系P＝f₁(ε)+f₂(T)，得到每个测点位置处压力关于温度、应变的具体拟合公式P_n＝f_1n(ε)+f_2n(T)。

8.根据权利要求7所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法，其特征在于：验证试验确定至少一个测点位置，在测点位置处均粘贴应变传感器和温度传感器；其中应变传感器用于测量管路径向的应变量。

9.根据权利要求7所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量方法，其特征在于：验证试验确定6N个测点位置，分为N个区域；在每个区域中，四个测点位置处粘贴应变传感器，另外两个测点位置处粘贴温度传感器；且两个应变传感器为一组，两组应变传感器沿管道轴向排布，测试管路径向的应变量。

10.一种基于应变、温度传感器的非接触压力测量装置，其特征在于：包括手持式解调显示器与多组传感器模块；

每组传感器模块均包括至少一个贴在相应管路外侧面的应变传感器及一个温度传感器，应变传感器用于感知相应管路压力变化引起的管路应变变化，温度传感器用于测量相应管路的温度值，修正应变传感器受温度影响引入的偏移量；

手持式解调显示器包括壳体及设置在壳体内的信号采集单元、系统控制单元、电源转换单元、电池系统和显示系统；

壳体上设有传感器接口、系统测试接口及电源接口；

传感器接口通过信号采集单元与系统控制单元电连接；

系统测试接口与系统控制单元电连接；

电源接口通过电源转换单元与电池系统电连接；

显示系统与系统控制单元电连接；

信号采集单元包括多个采集通道，每个采集通道均包括一个采集模块，各个采集通道与各传感器模块中的每个传感器一一对应；

利用传感器接口与待测压力测量点位置处的传感器模块插接，信号采集单元中的相应采集通道中的采集模块将采集信号转化为数字信号发送至系统控制单元；系统控制单元自动匹配该传感器模块的参数信息，将采集到的该传感器模块的应变和温度信息自动转化为压力参数信息进行输出和存储，输出后通过显示系统显示。

11.根据权利要求10所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量装置，其特征在于：系统控制单元主要由ARM处理器、晶振及RS232电路组成；ARM处理器采用CS32F103CB芯片实现，该芯片基于32位的ARM3内核，提供装置所需的SPI2、UART1、UART2、SWD和GPIO接口；其中，SPI2用于与信号采集单元连接；UART1用于与显示系统进行通信；UART2通过RS232电路与外部PC进行232通信；SWD用于处理器的软件调试和固化接口，GPIO接口为状态指示或预留IO接口。

12.根据权利要求11所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量装置，其特征在于：信号采集单元中的每个采集模块主要由1/4桥电路、放大电路、跟随电路及AD转换器组成；传感器模拟信号分别经过1/4桥电路、放大电路及AD转换器，最终将模拟信号转换为电压数字量输出到系统控制单元进行处理；AD转换器输出的2.5V参考电压经过跟随电路的有效隔离和降低前端噪声后，作为1/4桥电路的电压基准源。

13.根据权利要求12所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量装置，其特征在于：电源转换单元包括5V电源稳压器、3.3V电源稳压器和反向电压转换器；电池系统经过5V电源稳压器转换后输出+5V电压，+5V电压通过3.3V电源稳压器和反向电压转换器分别转换输出+3.3V和-5V，其中，+3.3V用于为系统控制单元供电；-5V用于为信号采集单元中的放大电路及跟随电路供电，+5V用于为信号采集单元中的AD转换器及显示系统供电。

14.根据权利要求13所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量装置，其特征在于：在5V电源稳压器、3.3V电源稳压器和反向电压转换器的输出端均设有π型滤波电路。

15.根据权利要求14所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量装置，其特征在于：显示系统通过TTL_RS232与系统控制单元进行通信。

16.根据权利要求15所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量装置，其特征在于：显示系统中还设置有参数校准值，用于采集通道偏移参数的校准设置。

17.根据权利要求16所述的基于应变、温度传感器的非接触压力测量装置，其特征在于：电池系统包括锂电池组、充放电板以及电源适配器；充放电板采用TP5100芯片。

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