CN115388854A - 一种气压高度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气压高度传感器,其包括第一压力敏感芯体、第一放大调理电路、第二压力敏感芯体、第二放大调理电路以及微控制器;所述第一放大调理电路与所述第一压力敏感芯体电连接,所述第一放大调理电路用于对第一电阻信号进行调理和放大并获取第一电压信号;所述第二放大调理电路与所述第二压力敏感芯体电连接,所述第二放大调理电路用于对第二电阻信号进行调理和放大并获取第二电压信号;所述第一放大调理电路和所述第二放大调理电路分别与所述微控制器电连接,所述微控制器根据所述第一电压信号获取第一高度值,并根据所述第二电压信号获取第二高度值。本发明的一个技术效果在于,设计合理,显著提高飞行器飞行的安全性与可靠性。
Description
技术领域
本发明属于智能检测技术领域,具体涉及一种气压高度传感器。
背景技术
无人直升机在民用领域以及国防建设中有着广泛的应用前景,其安全可靠性也越来越受到人们的重视。而保证无人直升机安全飞行的前提是机载传感器系统的可靠性。机载传感器是飞控系统的基础部件,也是最容易产生故障的环节之一。由于机载传感器工作在高温强振动的环境下,极易引起传感器性能不稳定并引发故障。
气压高度传感器作为机载传感器的一种,是飞行器中重要的传感器,其对于飞行器的安全飞行与自主控制具有十分重要的作用。但是,目前的气压高度传感器设计不合理,无法有效地避免因气压高度传感器失灵而导致的飞行事故。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供一种气压高度传感器的新技术方案。
根据本发明的第一方面,提供了一种气压高度传感器,包括:
第一压力敏感芯体和第一放大调理电路,所述第一放大调理电路与所述第一压力敏感芯体电连接,所述第一压力敏感芯体用于将第一压力信号转化为第一电阻信号,所述第一放大调理电路用于对第一电阻信号进行调理和放大并获取第一电压信号;
第二压力敏感芯体和第二放大调理电路,所述第二放大调理电路与所述第二压力敏感芯体电连接,所述第二压力敏感芯体用于将第二压力信号转化为第二电阻信号,所述第二放大调理电路用于对第二电阻信号进行调理和放大并获取第二电压信号;
微控制器,所述第一放大调理电路和所述第二放大调理电路分别与所述微控制器电连接,所述微控制器根据所述第一电压信号获取第一高度值,并根据所述第二电压信号获取第二高度值;
当第一高度值与所述第二高度值的差值在预设范围内时,所述微控制器输出第一高度值或第二高度值作为气压高度传感器的当前海拔高度值;
当第一高度值与所述第二高度值的差值在预设范围外时,所述微控制器输出故障状态字。
可选地,所述第一放大调理电路在对第一电阻信号进行调理和放大时,分离获取第一温度信号,所述控制器根据所述第一电压信号以及所述第一温度信号获取第一高度值;
所述第二放大调理电路在对第二电阻信号进行调理和放大时,分离获取第二温度信号,所述控制器根据所述第二电压信号以及所述第二温度信号获取第二高度值。
可选地,气压高度传感器还包括:
总线输出模块,所述总线输出模块与所述微控制器电连接;
所述微控制器经过所述总线输出模块将所述当前海拔高度值或故障状态字发送至上级系统。
可选地,气压高度传感器还包括:
电源电路,所述电源电路与所述微控制器电连接,所述电源电路为所述微控制器供电。
可选地,所述第一压力敏感芯体和所述第二压力敏感芯体均包括主体、弹性元件和等值电阻;
所述主体的内部形成有空腔,所述弹性元件设置于所述空腔内;所述弹性元件沿预设方向布置多个等值电阻,多个等值电阻之间电连接并形成桥式电路。
可选地,所述弹性元件为单晶硅膜片。
可选地,所述微控制器的内部设有A/D模块,所述A/D模块用于采集所述第一电压信号、所述第一温度信号、第二电压信号以及所述第二温度信号。
可选地,所述微控制器的外部设有有源晶振。
可选地,所述等值电阻的数量为4个。
可选地,所述第一放大调理电路和所述第二放大调理电路均包括双路仪用放大器,所述双路仪用放大器用于对信号进行放大。
本发明的一个技术效果在于:
在本申请实施例中,该气压高度传感器包括第一压力敏感芯体、第一放大调理电路、第二压力敏感芯体、第二放大调理电路以及微控制器。其中,第一放大调理电路与第一压力敏感芯体电连接,第一压力敏感芯体用于将第一压力信号转化为第一电阻信号,第一放大调理电路用于对第一电阻信号进行调理和放大并获取第一电压信号;同时,第二放大调理电路与第二压力敏感芯体电连接,第二压力敏感芯体用于将第二压力信号转化为第二电阻信号,第二放大调理电路用于对第二电阻信号进行调理和放大并获取第二电压信号;而且,第一放大调理电路和第二放大调理电路分别与微控制器电连接,微控制器根据第一电压信号获取第一高度值,并根据第二电压信号获取第二高度值。
当第一高度值与第二高度值的差值在预设范围内时,微控制器输出第一高度值或第二高度值作为气压高度传感器的当前海拔高度值;当第一高度值与第二高度值的差值在预设范围外时,微控制器输出故障状态字。
因此,该气压高度传感器采用第一压力敏感芯体和第二压力敏感芯体,通过微控制器对第一压力敏感芯体检测到的第一高度值和第二压力敏感芯体检测到的第二高度值进行比较,即将第一高度值和第二高度值进行差值运算,如果差值在允许范围内,则输出第一高度值或第二高度值作为气压高度传感器的当前海拔高度值;如果差值超过允许范围,则认为第一压力敏感芯体和第二压力敏感芯体中的至少一个发生故障,微控制器将发送故障状态字,并启动自检程序。一方面保证不影响飞行器的飞行,另一方面能让使用方及时获知气压高度传感器故障信息,能及时更换气压高度传感器,避免飞行器出现飞行事故,从而显著提高飞行器飞行的安全性与可靠性。
附图说明
图1为本发明一实施例的一种气压高度传感器的连接关系示意图;
图2为本发明一实施例的一种气压高度传感器的第一压力敏感芯体或第二压力敏感芯体的内部电路图;
图3为本发明一实施例的一种气压高度传感器的放大调理电路的示意图;
图4为本发明一实施例的一种气压高度传感器的微控制器的电路连接示意图;
图5为本发明一实施例的一种气压高度传感器的电源电路示意图;
图6为本发明一实施例的一种气压高度传感器的流程图。
图中:1、第一压力敏感芯体;2、第一放大调理电路;3、第二压力敏感芯体;4、第二放大调理电路;5、微控制器;6、总线输出模块;7、电源电路。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到: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申请的范围。
下面将详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。此外,说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一,字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
在本申请的描述中,需要说明的是,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,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
参见图1至图6所示,本申请实施例提供一种气压高度传感器,其用于实现对飞行器的飞行高度进行测量,测量结果比较准确,能够较好地避免飞行器出现飞行事故,安全性与可靠性较高。
具体地,参见图1,该气压高度传感器包括第一压力敏感芯体1、第一放大调理电路2、第二压力敏感芯体3、第二放大调理电路4和微控制器5。
进一步具体地,所述第一放大调理电路2与所述第一压力敏感芯体1电连接,所述第一压力敏感芯体1用于将第一压力信号转化为第一电阻信号,所述第一放大调理电路2用于对第一电阻信号进行调理和放大并获取第一电压信号。
所述第二放大调理电路4与所述第二压力敏感芯体3电连接,所述第二压力敏感芯体3用于将第二压力信号转化为第二电阻信号,所述第二放大调理电路4用于对第二电阻信号进行调理和放大并获取第二电压信号。其中第一压力信号以及第二压力信号均指飞行器当前的大气压力。
所述第一放大调理电路2和所述第二放大调理电路4分别与所述微控制器5电连接,所述微控制器5根据所述第一电压信号获取第一高度值,并根据所述第二电压信号获取第二高度值。
即,第一压力敏感芯体1和第二压力敏感芯体3分别用于检测当前大气压力,并将压力信号转换为电阻信号,再经过放大调理电路,放大调理电路用于将微弱的电阻信号调理成电压信号发送至微控制器5,通过内置算法将电压信号换算成相应的高度值。
当第一高度值与所述第二高度值的差值在预设范围内时,所述微控制器5输出第一高度值或第二高度值作为气压高度传感器的当前海拔高度值;
当第一高度值与所述第二高度值的差值在预设范围外时,所述微控制器5输出故障状态字。
在本申请实施例中,该气压高度传感器采用第一压力敏感芯体1和第二压力敏感芯体3,通过微控制器5对第一压力敏感芯体1检测到的第一高度值和第二压力敏感芯体3检测到的第二高度值进行比较,即将第一高度值和第二高度值进行差值运算,如果差值在允许范围内,则输出第一高度值或第二高度值作为气压高度传感器的当前海拔高度值;如果差值超过允许范围,则认为第一压力敏感芯体1和第二压力敏感芯体3中的至少一个发生故障,微控制器5将发送故障状态字,并启动自检程序。一方面保证不影响飞行器的飞行,另一方面能让使用方及时获知气压高度传感器故障信息,能及时更换气压高度传感器,避免飞行器出现飞行事故,从而显著提高飞行器飞行的安全性与可靠性。
可选地,所述第一放大调理电路2在对第一电阻信号进行调理和放大时,分离获取第一温度信号,所述控制器根据所述第一电压信号以及所述第一温度信号获取第一高度值;
所述第二放大调理电路4在对第二电阻信号进行调理和放大时,分离获取第二温度信号,所述控制器根据所述第二电压信号以及所述第二温度信号获取第二高度值。
在上述实施方式中,由于飞行器的当前高度值不仅与大气压力有关,而且受温度影响。本申请不使用额外的温度传感器,而是从放大调理电路中分离出第一压力敏感芯体1以及第二压力敏感芯体3中的温度信号,用于对气压高度的温度补偿。两路信号送入微控制器5后进行比较,如果两路信号差值在预设范围内,则认为第一压力敏感芯体1以及第二压力敏感芯体3工作正常,测量的高度值有效,测量的数据正常发送出去;如差值超过预设范围,则认为第一压力敏感芯体1以及第二压力敏感芯体3中至少有一个工作异常,则发送故障状态字,并启动自检程序,有效防止飞行器的高度数据失灵。
可选地,气压高度传感器还包括:
总线输出模块6,所述总线输出模块6与所述微控制器5电连接;
所述微控制器5经过所述总线输出模块6将所述当前海拔高度值或故障状态字发送至上级系统。
在上述实施方式中,设计合理,通过总线输出模块6能够将当前海拔高度值或故障状态字发送至上级系统,稳定性较好,准确性较高。
可选地,气压高度传感器还包括:
电源电路7,所述电源电路7与所述微控制器5电连接,所述电源电路7为所述微控制器5供电。电源电路7为微控制器5以及第一放大调理电路2、第二放大调理电路4提供电能,从而有助于保证微控制器5、第一放大调理电路2、第二放大调理电路4等安全、稳定的运行。
可选地,所述第一压力敏感芯体1和所述第二压力敏感芯体3均包括主体、弹性元件和等值电阻;
所述主体的内部形成有空腔,所述弹性元件设置于所述空腔内;所述弹性元件沿预设方向布置多个等值电阻,多个等值电阻之间电连接并形成桥式电路,即利用集成电路的工艺在材质为单晶硅的弹性元件的特定方向扩散一组等值电阻,并将电阻接成桥式电路。当压力发生变化时,材质为单晶硅的弹性元件产生应变,使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成正比的变化,再由桥式电路获取相应的电压输出信号。
在上述实施方式中,第一压力敏感芯体1和所述第二压力敏感芯体3的结构简单,有助于实现对飞行器当前温度信号的获取,从而有助于第一放大调理电路2以及第二放大调理电路4对第一温度信号以及第二温度信号进行分离,从而能够较好地对气压高度进行温度补偿,保证第一高度值以及第二高度值的准确性。
可选地,所述弹性元件为单晶硅膜片。这有助于第一压力敏感芯体1和第二压力敏感芯体3快速且准确地测量飞行器当前的大气压力,有助于保证高度测量的准确性,从而实现飞行器的安全稳定的运行。
可选地,所述微控制器5的内部设有A/D模块,所述A/D模块用于采集所述第一电压信号、所述第一温度信号、第二电压信号以及所述第二温度信号。
在上述实施方式中,微控制器5选用MSP430系列,保证微控制器5在零下50度(高空环境)下能正常工作,微控制器5内带A/D模块,能够采集第一压力敏感芯体1以及第二压力敏感芯体3的电压信号和温度信号,并利用内嵌软件对信号进行运算、处理等,处理方式简单,结果较为准确。
可选地,所述微控制器5的外部设有有源晶振,这有助于保证时钟信号稳定、可靠。
可选地,所述等值电阻的数量为4个。这有助于形成桥式电路,从而实现对第一压力敏感芯体1和第二压力敏感芯体3的温度信号的准确分离。
可选地,所述第一放大调理电路2和所述第二放大调理电路4均包括双路仪用放大器,所述双路仪用放大器用于对信号进行放大。这有助于实现在对第一电阻信号和第二电阻信号进行调理后放大,从而有助于准确地获取第一压力信号以及第二压力信号。
在一个具体的实施方式中,参见图2,图2为第一压力敏感芯体或第二压力敏感芯体的内部电路图。其中,P1H、P1L为第一压力敏感芯体1或第二压力敏感芯体3的电压信号,T1为第一压力敏感芯体1或第二压力敏感芯体3的温度信号;U1为第一压力敏感芯体1或第二压力敏感芯体3的电桥,R3用于调节电桥电阻以保证P1H始终大于P1L,而且,R1、C2和R2、C1分别对电桥输出进行低通滤波;电桥的四个等值电阻、R3和R4组合,用来分离电桥电路中的温度信息,以T1输出,从而便于准确地获取飞行器的当前温度。
图3为放大调理电路,其中,U3为双路仪用放大器,将第一压力敏感芯体1以及第二压力敏感芯体3的电压信号进行放大。
图4为微控制器的电路连接示意图。其中,U2为微控制器5,其选用选用MSP430系列,从而保证在零下50度(高空环境)下能正常工作。
图5为电源电路示意图。其中,U4、U5均为电源芯片,分别用于连接微控制器5和仪用放大器,用于为微控制器5以及仪用放大器供电。
图6为软件流程图,ADC在不停的循环采样,只要有一次ADC的数据,就读取ADC的数据。进一步的,累计25ms内的数据做统一处理。也即,ADC在不停循环的时候,如果25ms到了,对数据进行一轮处理,如果25ms没到,ADC继续进行循环采样。当状态字为1时,表示第一压力敏感芯体1以及第二压力敏感芯体3测量得到的高度值的差值在容许范围内,则发送第一高度值或第二高度值作为气压高度传感器的当前海拔高度值;当状态字为0时,表示第一压力敏感芯体1以及第二压力敏感芯体3测量得到的高度值的差值不在允许范围内,气压高度传感器测量值有误,则发送故障信号,且程序转入自检程序,自检程序自动加载高度值,保证飞行安全。
因此,该气压高度传感器能够提高飞行器飞行的安全性与可靠性,降低飞行事故,其具有状态判断部分,使得气压高度传感器发生异常时能自行修复,避免造成飞行事故。其较好地解决了一旦气压高度传感器损坏,能够通过自检程序进行补救,不能影响飞行器的正常飞行;而且,当气压高度传感器损坏,能够及时通知相关人员,确保气压高度传感器能够得到及时更换。
在本申请实施例中,气压高度传感器使用双路压力传感器(以及第一压力敏感芯体1以及第二压力敏感芯体3)工作,利用第一压力敏感芯体1以及第二压力敏感芯体3测量的差值作为判断气压高度传感器是否有故障的依据,结果较为准确。而且,通过第一放大调理电路2以及第二放大调理电路4能够分离出第一压力敏感芯体1以及第二压力敏感芯体3中的温度信息,以便进行温度补偿,不需要再额外使用温度传感器,测量结构较为准确,结构简单。
另外,一旦气压高度传感器发生故障时,微控制内的软件自动进入自检程序,自动加载高度值,避免飞行器发生飞行事故,同时将故障信息发出,提醒使用方及时更换气压高度传感器。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种气压高度传感器,其特征在于,包括:
第一压力敏感芯体和第一放大调理电路,所述第一放大调理电路与所述第一压力敏感芯体电连接,所述第一压力敏感芯体用于将第一压力信号转化为第一电阻信号,所述第一放大调理电路用于对第一电阻信号进行调理和放大并获取第一电压信号;
第二压力敏感芯体和第二放大调理电路,所述第二放大调理电路与所述第二压力敏感芯体电连接,所述第二压力敏感芯体用于将第二压力信号转化为第二电阻信号,所述第二放大调理电路用于对第二电阻信号进行调理和放大并获取第二电压信号;
微控制器,所述第一放大调理电路和所述第二放大调理电路分别与所述微控制器电连接,所述微控制器根据所述第一电压信号获取第一高度值,并根据所述第二电压信号获取第二高度值;
当第一高度值与所述第二高度值的差值在预设范围内时,所述微控制器输出第一高度值或第二高度值作为气压高度传感器的当前海拔高度值;
当第一高度值与所述第二高度值的差值在预设范围外时,所述微控制器输出故障状态字。
2.根据权利要求1所述的气压高度传感器,其特征在于,所述第一放大调理电路在对第一电阻信号进行调理和放大时,分离获取第一温度信号,所述控制器根据所述第一电压信号以及所述第一温度信号获取第一高度值;
所述第二放大调理电路在对第二电阻信号进行调理和放大时,分离获取第二温度信号,所述控制器根据所述第二电压信号以及所述第二温度信号获取第二高度值。
3.根据权利要求2所述的气压高度传感器,其特征在于,还包括:
总线输出模块,所述总线输出模块与所述微控制器电连接;
所述微控制器经过所述总线输出模块将所述当前海拔高度值或故障状态字发送至上级系统。
4.根据权利要求3所述的气压高度传感器,其特征在于,还包括:
电源电路,所述电源电路与所述微控制器电连接,所述电源电路为所述微控制器供电。
5.根据权利要求4所述的气压高度传感器,其特征在于,所述第一压力敏感芯体和所述第二压力敏感芯体均包括主体、弹性元件和等值电阻;
所述主体的内部形成有空腔,所述弹性元件设置于所述空腔内;所述弹性元件沿预设方向布置多个等值电阻,多个等值电阻之间电连接并形成桥式电路。
6.根据权利要求5所述的气压高度传感器,其特征在于,所述弹性元件为单晶硅膜片。
7.根据权利要求5所述的气压高度传感器,其特征在于,所述微控制器的内部设有A/D模块,所述A/D模块用于采集所述第一电压信号、所述第一温度信号、第二电压信号以及所述第二温度信号。
8.根据权利要求7所述的气压高度传感器,其特征在于,所述微控制器的外部设有有源晶振。
9.根据权利要求5所述的气压高度传感器,其特征在于,所述等值电阻的数量为4个。
10.根据权利要求5所述的气压高度传感器,其特征在于,所述第一放大调理电路和所述第二放大调理电路均包括双路仪用放大器,所述双路仪用放大器用于对信号进行放大。
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