CN114923602B - 一种电器设备压力监测数据动态还原方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于电器设备压力检测方法技术领域，尤其涉及一种电器设备压力监测数据动态还原方法。包括如下步骤：采集振膜式谐振压力传感器的两路谐振输出信号，周期计数；设置标准信号发生器；计算谐振输出信号对应频率；基于频压转换公式确定对应的表征压力值；建立谐振压力传感器的同频输出模型；建立谐振压力传感器的同频补偿参数模型，在测量得到表征压力值的同时执行补偿，基于谐振压力传感器的同频输出模型计算压力测量结果输出。本申请能够抑制双路振膜式谐振压力传感器因为结构参数改变引起的双路输出数据误差以及因此导致的误差累积问题，改善输出特性，使用同频输出降低数据处理的难度，提高效率。

Description

一种电器设备压力监测数据动态还原方法

技术领域

本申请属于电器设备压力检测方法技术领域，尤其涉及一种电器设备压力监测数据动态还原方法。

背景技术

谐振压力传感器是利用谐振元件把被测压力转换成频率信号的压力传感器，其使用单晶硅制作感受外界压力的压力膜以及间接敏感元件谐振梁,实现了二次敏感模式，它可以直接输出频率信号,其传输与测量都可直接应用数字技术；由于其精度高，稳定性好，以及半数字输出、抗干扰性强等优势，现在已经在各类压力检测要求较高的配电设施或设备上逐步推广应用，但在使用过程中发现，由于谐振子是可动部件，为保护其免受外界灰尘，湿度，腐蚀等的破坏，谐振器往往需要被密封在封闭结构之中，谐振器的真空封装是谐振压力传感器一个常用方案。但上述方案有利也有弊，一旦安装和封闭结束后，传感器自身参数和结构基本固话，但内部结构或手外部干扰影响内部谐振参数时，往往不能进行有效检测和消除，因此虽然测量误差很小，但却会逐渐累积叠加，往往在难以察觉的情况下导致测量数据的失真不断扩大，不利于长期使用时数据的测量精度的稳定。

发明内容

本申请的目的在于，提供一种适用于双路振膜式谐振压力传感器，能够实现两路传感器频率转同频输出且能够实现自适应补正，抑制双通道误差相互影响叠加，实现压力测量数据动态还原，提供一种更加优化简单的双路振膜式谐振压力传感器监测数据修正和输出的电器设备压力监测数据动态还原方法。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。

一种电器设备压力监测数据动态还原方法，用于双路振膜式谐振压力传感器，包括如下步骤：

步骤1.采集振膜式谐振压力传感器的两路谐振输出信号f₁(x)、f₂(x)，在采集的同时基于谐振输出波形进行周期计数；

步骤2.设置标准信号发生器，标准信号发生器用于产生周期远小于两路谐振输出信号周期的标准波；

步骤3.计算谐振输出信号f₁(x)、f₂(x)对应频率f₁和f₂；基于频压转换公式确定对应的表征压力值P_t；

频压转换公式：其中：

为单个采集周期内谐振压力传感器第一路输出信号频率的平均值；

为单个采集周期内谐振压力传感器第二路输出信号频率的的平均值；

f_1max为单个采集周期内谐振压力传感器第一路输出信号频率的最大值；

f_1min为单个采集周期内谐振压力传感器第一路输出信号频率的最小值；

f_2max为单个采集周期内谐振压力传感器第二路输出信号频率的最大值；

f_2min为单个采集周期内谐振压力传感器第二路输出信号频率的最小值；

t为整数，表示表征压力值输出次序；K_ij为谐振压力传感器固定系数，通过实验测试；

步骤4.建立谐振压力传感器的同频输出模型；

其中：

f_max为谐振压力传感器输出频率范围最大值；

f_min为谐振压力传感器输出频率范围的最小值；

P_max为谐振压力传感器压力测量范围的最大值；

P_min为谐振压力传感器压力测量范围的最小值；

步骤5.建立谐振压力传感器的同频补偿参数模型，包括：

预期同频输出信号导通周期与时钟周期的比值的整数部分：

预期同频输出信号导通周期与时钟周期的比值的小数部分：

e_t为预期同频输出信号信号高电平周期与标准波周期的比值的小数部分；

N_t当预期同频输出信号信号导通周期与标准波周期的比值的整数部分；

μ为预期同频输出信号的占空比；f₀为标准波的频率；

步骤6.在测量得到表征压力值P_test的同时执行补偿，补偿操作包括：

5.2.测量开始持续获取谐振压力传感器输出信号并计时，建立振传感器的同频输出，当传感器获得第一个表征压力值P₁，使预期同频输出信号翻转，并计算第一次预期同频输出信号的初始误差E₁＝2e₁；

若E₁大于1，则对N₁进行补偿，使N₁＝N₁+1且e₁＝e₁-1，调整后续更新时间为N₁个标准信号周期；若e₁小于1，则保持不变；

基于更新后的N₁和e₁建立同频输出信号第一个输出波形；

5.3.后续每次更新开始，使谐振信号翻转，并计算谐振输出信号周期累计误差E_t＝e_t-1+e_t；

若E_t大于1，则对N_i进行补偿，使N_t＝N_t+1且e_t＝e_t-1；若E_t小于1，则保持不变；

基于更新后的N_t和e_t建立同频输出信号的后续波形；

步骤7.获取测量周期内的完整同频输出信号波形，基于谐振压力传感器的同频输出模型计算压力测量结果输出。

对前述电器设备压力监测数据动态还原方法的进一步改进或者优选实施方案，标准信号发生器的频率不低于实际谐振压力传感器的输出频率最小值的100倍：f₀≥{f_1max，f_2max}_max。

对前述电器设备压力监测数据动态还原方法的进一步改进或者优选实施方案，所述双路振膜式谐振压力传感器是指硅谐振式压力传感器。

对前述电器设备压力监测数据动态还原方法的进一步改进或者优选实施方案，所述标准信号是指方波信号。

其有益效果在于：

本申请能够抑制双路振膜式谐振压力传感器因为结构参数改变引起的双路输出数据误差以及因此导致的误差累积问题，改善输出特性，使用同频输出降低数据处理的难度，提高效率。

附图说明

图1是谐振压力传感器输出频率与标准信号发生器的关系图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请作详细说明。

本申请主要用于双路振膜式谐振压力传感器，亦可用于其他基于同样测量和采集原理的压力传感设备，双路振膜式谐振压力传感器主要利用内部的两个谐振传感单元对振膜的变形进行同步测量后，利用两个相对位置不同的谐振传感单元频率输出与振膜变形的关联实现对压力数据的测量表达，在长时间使用过程中，由于两路谐振传感单元自身结构参数的变化或者两个谐振单元相互之间影响的增加，会导致长期测量数据产生不同程度的误差，且在长时期的连续使用过程中不断累积增加。

为此，本身请提供一种电器设备压力监测数据动态还原方法，该方法能够优化各类配电设施和设备上双路振膜式谐振压力传感器的输出特性，通过将双路输出进行同频转换，抑制双路信号累积误差，提供一种更加高效的压力数据检测和补正还原方法，其具体包括如下步骤：

步骤1.采集振膜式谐振压力传感器的两路谐振输出信号f₁(x)、f₂(x)，在采集的同时基于谐振输出波形进行周期计数；

步骤2.设置标准信号发生器，标准信号发生器用于产生周期远小于两路谐振输出信号周期的标准波；

在本申请中，标准信号发生器相当于一个定时器或时钟标准，为谐振压力传感器的两路不同的频率输出信号提供统一的参考标准，便于标定统一，为实现后续同频处理提供基础，在实际实施过程中，为保证谐振压力传感器输出频率的完整标定，最佳方案是使各路输出波形为标准信号波形的整倍数，但由于实际使用中两路输出波形的差异以及波形变动的存在导致上述情形不可能实现，因此可以采专用周期远小于两路谐振输出信号周期的标准波来进行同频参考，进而抑制标定误差，使得不完整波形的整体占比下降，在具体实施时，基于实际谐振压力传感器的输出频率参数，标准信号发生器的频率不低于实际谐振压力传感器的输出频率最小值的100倍；即f₀≥{f_1max，f_2max}_max；优选方案中采用标准方波信号作为标定基准。

步骤3.计算谐振输出信号f₁(x)、f₂(x)对应频率f₁和f₂；基于频压转换公式确定对应的表征压力值P_t；

频压转换公式：其中：

为单个采集周期内谐振压力传感器第一路输出信号频率的平均值；

为单个采集周期内谐振压力传感器第二路输出信号频率的的平均值；

f_1max为单个采集周期内谐振压力传感器第一路输出信号频率的最大值；

f_1min为单个采集周期内谐振压力传感器第一路输出信号频率的最小值；

f_2max为单个采集周期内谐振压力传感器第二路输出信号频率的最大值；

f_2min为单个采集周期内谐振压力传感器第二路输出信号频率的最小值；

t为整数，表示表征压力值输出次序；K_ij为谐振压力传感器固定系数，通过实验测试；

步骤4.建立谐振压力传感器的同频输出模型；

其中：

f_max为谐振压力传感器输出频率范围最大值；

f_min为谐振压力传感器输出频率范围的最小值；

P_max为谐振压力传感器压力测量范围的最大值；

P_min为谐振压力传感器压力测量范围的最小值；

双路振膜式谐振压力传感器两路频率随动的方波输出信号通过单片机数字电路进行同步采集后合成为一路频率随动的方波信号对外输出；

步骤5.建立谐振压力传感器的同频补偿参数模型，包括：

预期同频输出信号导通周期与时钟周期的比值的整数部分：

预期同频输出信号导通周期与时钟周期的比值的小数部分：

e_t为预期同频输出信号信号高电平周期与标准波周期的比值的小数部分；

N_t当预期同频输出信号信号导通周期与标准波周期的比值的整数部分；

μ为预期同频输出信号的占空比；f₀为标准波的频率；

步骤6.在测量得到表征压力值P_test的同时执行补偿，补偿操作包括：

5.2.测量开始持续获取谐振压力传感器输出信号并计时，建立振传感器的同频输出，当传感器获得第一个表征压力值P₁，使预期同频输出信号翻转，并计算第一次预期同频输出信号的初始误差E₁＝2e₁；

若E₁大于1，则对N₁进行补偿，使N₁＝N₁+1且e₁＝e₁-1，调整后续更新时间为N_i个标准信号周期；若e₁小于1，则保持不变；

基于更新后的N₁和e₁建立同频输出信号第一个输出波形；

5.3.后续每次更新开始，使谐振信号翻转，并计算谐振输出信号周期累计误差E_t＝e_t-1+e_t；

若E_t大于1，则对N_i进行补偿，使N_t＝N_t+1且e_t＝e_t-1；若E_t小于1，则保持不变；

基于更新后的N_t和e_t建立同频输出信号的后续波形；

步骤7.获取测量周期内的完整同频输出信号波形，基于谐振压力传感器的同频输出模型计算压力测量结果输出。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种电器设备压力监测数据动态还原方法，用于双路振膜式谐振压力传感器，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.采集振膜式谐振压力传感器的两路谐振输出信号f₁(x)、f₂(x)，在采集的同时基于谐振输出波形进行周期计数；

步骤2.设置标准信号发生器，标准信号发生器用于产生周期远小于两路谐振输出信号周期的标准波；

步骤3.计算谐振输出信号f₁(x)、f₂(x)对应频率f₁和f₂；基于频压转换公式确定对应的表征压力值P_t；

频压转换公式：其中：

为单个采集周期内谐振压力传感器第一路输出信号频率的平均值；

为单个采集周期内谐振压力传感器第二路输出信号频率的平均值；

f_1max为单个采集周期内谐振压力传感器第一路输出信号频率的最大值；

f_1min为单个采集周期内谐振压力传感器第一路输出信号频率的最小值；

f_2max为单个采集周期内谐振压力传感器第二路输出信号频率的最大值；

f_2min为单个采集周期内谐振压力传感器第二路输出信号频率的最小值；

t为整数，表示表征压力值输出次序；K_ij为谐振压力传感器固定系数，通过实验测试；

步骤4.建立谐振压力传感器的同频输出模型；

其中：

f_max为谐振压力传感器输出频率范围最大值；

f_min为谐振压力传感器输出频率范围的最小值；

P_max为谐振压力传感器压力测量范围的最大值；

P_min为谐振压力传感器压力测量范围的最小值；

步骤5.建立谐振压力传感器的同频补偿参数模型，包括：

预期同频输出信号导通周期与时钟周期的比值的整数部分：

预期同频输出信号导通周期与时钟周期的比值的小数部分：

e_t为预期同频输出信号信号高电平周期与标准波周期的比值的小数部分；

N_t当预期同频输出信号信号导通周期与标准波周期的比值的整数部分；

μ为预期同频输出信号的占空比；f₀为标准波的频率；

步骤6.在测量得到表征压力值P_test的同时执行补偿，补偿操作包括：

5.2.测量开始持续获取谐振压力传感器输出信号并计时，建立振传感器的同频输出，当传感器获得第一个表征压力值P₁，使预期同频输出信号翻转，并计算第一次预期同频输出信号的初始误差E₁＝2e₁；

若E₁大于1，则对N₁进行补偿，使N₁＝N₁+1且e₁＝e₁-1，调整后续更新时间为N₁个标准信号周期；若e₁小于1，则保持不变；

基于更新后的N₁和e₁建立同频输出信号第一个输出波形；

5.3.后续每次更新开始，使谐振信号翻转，并计算谐振输出信号周期累计误差E_t＝e_t-1+e_t；

若E_t大于1，则对N_i进行补偿，使N_t＝N_t+1且e_t＝e_t-1；若E_t小于1，则保持不变；

基于更新后的N_t和e_t建立同频输出信号的后续波形；

步骤7.获取测量周期内的完整同频输出信号波形，基于谐振压力传感器的同频输出模型计算压力测量结果输出。

2.根据权利要求1所述的一种电器设备压力监测数据动态还原方法，其特征在于，标准信号发生器的频率不低于实际谐振压力传感器的输出频率最小值的100倍：f₀≥{f_1max，f_2max}_max。

3.根据权利要求1所述的一种电器设备压力监测数据动态还原方法，其特征在于，所述双路振膜式谐振压力传感器是指硅谐振式压力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种电器设备压力监测数据动态还原方法，其特征在于，所述标准信号是指方波信号。