CN1442681A - 压力测量装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种具有高精确输出和小的电能消耗的压力传感器的便携式压力测量装置。本发明的压力测量装置具有用于测量压力的阻抗桥电路(压力传感器部分)；用于将电压施加到上述阻抗桥电路的驱动装置(传感器驱动部分)；用于在固定时段间隔抽样和测量上述阻抗桥电路的两个桥臂的中点之间的电位差的测量单元(电压表)；以及用于确定上述通过上述测量单元抽样和测量的这次压力和先前压力之间的差值是否达到预定的阈值或低于预定阈值的确定单元(控制部分)。
Description
技术领域
本发明涉及压力测量装置，更具体地说，涉及使用半导体压力传感器的压力测量装置。
背景技术
传统地，人们已知半导体压力传感器具有由于载流输出变化的特性。借助于图8至10描述该特性。首先，描述传统的压力测量装置的结构。图8是传统的压力测量装置2的电路原理图。在图8中，传统的压力测量装置2由传感器驱动部分21、压力传感器部分22以及电压表23构成。
传感器驱动部分21为压力传感器部分22的两端施加电压来驱动压力传感器部分22。压力传感器部分22是由四个阻抗构成的惠斯通桥阻抗桥电路。电压表23测量阻抗桥电路的两个桥臂的中点之间的电位差并且输出并显示作为传感器输出的测量值。
接下来，借助于图9和10描述传统的压力测量装置的操作。图9描绘了在传统的压力测量装置2中由传感器驱动部分21输出的用于驱动压力传感器部分22的驱动波形和表示以电压表23中的测量电压为时限的测量抽样的示图。如图9所示，从传感器驱动部分21输出的驱动波形是阶跃波形，且通过预定时间间隔(时限)测量压力传感器部分22的两个桥臂的中点之间的电位差。
图10描绘了传统的压力测量装置2中的压力传感器部分22的传感器输出载流特性的示图。如图10所示，压力传感器部分22的输出由过渡期部分和稳定期部分形成，过渡期部分是由传感器驱动部分21施加电压的固定时段，稳定期部分在固定时段之后。以此方式，半导体传感器具有传感器输出变化有过渡现象的特性。因此通常使用这种方法：从测量抽样开始多次测量电压，并计算每一次测量值的平均值为这次测量值，或测量预定次数的电压或在时间的固定时段后测量预定次数的电压，并取平均值作为测量值。
但是，传统的压力测量装置2具有由于载流引起的压力变化的过渡期，因此可认为从载流的固定点(时间)处测量压力，但是还有一个问题：在已经测量一次压力之后中途从稳态返回初始态的情况下初始态变化，因此不能测量精确的值。
此外，在传统的压力测量装置2中，图10中示出的由于载流引起的压力变化的过渡期的时间有时花几十秒，具有一个问题：对于如前所述的测量抽样以预定的多次进行测量时传感器输出发生变化。
而且，为了解决该问题，当电流被载送直到压力传感器部分22中的输出变化变得稳定时，然后测量压力，通过压力传感器部分22的载送电流的消耗变得更大。因此，压力测量装置2的电能消耗量增加。因此，即使允许外壳较小，仍存在着与电能消耗有关的降低传统的压力测量装置2的便携带性的问题。
发明内容
然后，本发明已考虑到该问题。本发明的目的是提供一种具有高精度输出和小电能消耗的压力传感器的便携式压力测量装置。
发明内容
为了解决该问题，本发明的压力测量装置的特征在于其包括：用于测量压力的阻抗桥电路；用于为上述阻抗桥电路施加电压的驱动单元；用于在固定时段间隔抽样和测量上述阻抗桥电路的两个桥臂的中点之间的电位差的测量单元；用于确定通过上述测量单元抽样和测量的这次压力和先前压力之间的差值是否达到预定的阈值或低于预定阈值的确定单元。
根据本发明，通过在预定时限的测量单元抽样和测量压力，通过确定单元确定测量值之间的差异是否达到预定阈值或低于预定阈值，并且已达到阈值或低于阈值的测量值作为传感器的输出被显示、输出等。因此，由于压力传感器中的输出变化特性几乎不影响过渡现象，所以可以提高压力测量装置中的压力传感器的输出精度。
此外，不需要进行相当多次的测量抽样以增加如前所述的压力传感器的输出精度，因此可以减小压力测量装置的电能消耗。因此，该装置不需要从外部电源提供电能，且便于携带。
而且，对于应用于本发明的压力传感器可以是半导体压力传感器，其中可以考虑使用四个多晶硅压敏电阻器来形成惠斯通电桥等，但并不局限于此；具有输出变化特性的压力传感器都是可以的。
而且，在本发明中，通过上述驱动单元施加的驱动电压波形可以是阶跃波形或脉冲波形。在驱动电压是阶跃电压的情况下也能充分地发挥本发明的独特的优点。但是，在驱动电压是脉冲电压的情况下，压力传感器的输出比在阶跃电压的情况下更快变为稳态。更具体地说，用脉冲波形比用阶跃波形可以缩短过渡现象的时间和可以减少电能消耗，因此可以减小测量抽样的次数，且可以进一步减少压力传感器的消耗电流(电能消耗)。
此外，为了解决该问题，本发明的压力测量装置的特征在于包括：用于测量压力的阻抗桥电路；用于以脉冲驱动波形将电压施加到上述阻抗桥电路的驱动单元；用于在固定时段间隔抽样和测量上述阻抗桥电路的两个桥臂的中点之间的电位差的测量单元。
根据本发明，驱动单元以脉冲驱动波形将电压施加到由阻抗桥电路形成的压力传感器，借此压力传感器的输出可以很快变成稳态。因此，可以减小测量抽样的次数，借此可以减少压力传感器的消耗电流，也就是说，可以减少压力测量装置的电能消耗。
附图说明
图1是本发明的压力测量装置1的电路原理图；
图2是说明在本发明的实施例1中的压力测量装置1中通过传感器驱动部分11输出的用于驱动压力传感器部分12的驱动波形和用于测量电压表13的电压的测量抽样的示图；
图3是说明本发明的实施例1中压力测量装置1的压力传感器部分12的传感器输出载流特性的示图；
图4是说明在本发明的实施例2中的压力测量装置1中通过传感器驱动部分11输出的用于驱动压力传感器部分12的驱动波形(脉冲波形)和用于测量电压表13的电压的测量抽样的示图；
图5是说明本发明的实施例2中的压力测量装置1的压力传感器部分12的传感器输出载流特性的示图；
图6是说明在本发明的实施例3中的压力测量装置1中通过传感器驱动部分11输出的用于驱动压力传感器部分12的驱动波形(脉冲波形)和用于测量电压表13的电压的测量抽样的示图；
图7是说明本发明的实施例3中压力测量装置1的压力传感器部分12的传感器输出载流特性的示图；
图8是传统的压力测量装置2的电路原理图；
图9是说明在传统的压力测量装置2中由传感器驱动部分21输出的用于驱动压力传感器部分22的驱动波形和用于测量电压表23中的电压的测量抽样的示图；以及
图10是传统的压力测量装置2中的压力传感器部分22的传感器输出载流特性的示图。
具体实施方式
下面，参考图1到6详细描述本发明中的压力测量装置1的实施例。此外，该实施例是例示性的描述，因此本发明不限于此。
首先，描述本发明的结构。图1是本发明中的压力测量装置1的电路原理图。在图1中，压力测量装置1由传感器驱动部分11、压力传感器部分12、电压表13以及控制部分14构成。此外，除了控制部分14外的每个部件与传统的压力测量装置2的每个部件相同，因此省略对它们的描述。
控制部分14存储预先设置的固定阈值数据，计算这次测量的值和先前测量的值之间的差值，亦即，计算压力传感器部分12的每个测量抽样的输出变化，并确定该值是否达到阈值或低于阈值。然后，当控制部分14确定输出变化达到阈值或低于阈值时，控制部分14允许显示部分(未示出)显示该值作为压力测量装置1的输出。而且，控制部分14控制传感器驱动部分11的电源的开/关。
此外，压力测量装置1包括用于指示压力测量开始或改变用户设置的模式的输入部分(未示出)。输入部分是放置在压力测量装置1的外壳的侧面上的按钮等。显示部分是安装在压力测量装置1的外壳上的液晶显示器(LCD)等。
下面，描述本发明的操作。图2至7是说明本发明中的压力测量装置1的操作的示图。借助于图2和3，描述本发明的实施例1。图2是说明在本发明的实施例1中的压力测量装置1中通过传感器驱动部分11输出的用于驱动压力传感器部分12的驱动波形和用于测量电压表13中的电压的测量抽样的示图。从图2明显看出，驱动波形和测量抽样与之前所采用的那些驱动波形和测量抽样相同。此外，图3是说明本发明的实施例1中压力测量装置1的压力传感器部分12的传感器输出载流特性的示图；。
如图2所示，通过传感器驱动部分11施加到压力传感器部分12的电压是如前所述的阶跃波形，并且同样在固定时段间隔进行测量抽样。本发明与现有技术不同点在于控制部分14监视对每个测量抽样测量的传感器输出值的输出变化(先前测量值减去这次测量值的差值)。图3描绘了压力传感器部分12的传感器输出31和其输出变化32的两条曲线。如图3所示，在由于载流引起的的输出变化特性的过渡期输出变化32特别大，且它随时间增加几乎收敛为零，亦即稳定状态。
此外，在图表下侧表示的粗线33是控制部分14中预先设置的输出变化32的阈值。根据压力传感器部分12的传感器输出预先设置的该阈值是可接受的，或它可以通过用户根据用户的使用类型设置(例如，当想要节能时，由于使用的频率很大，该阈值设为大的值，或当进一步提高测量值的精确度时阈值设为较小值)；当然，阈值可以设为零。
当压力传感器部分12中的输出变化32达到阈值或低于阈值，也就是说，在图3中输出变化32在粗线33之下(在图中，其被表示为测量点)，那么控制部分14在显示部分(未示出)显示压力传感器部分12的这次传感器输出作为测量值。然后，当控制部分14确定压力测量值时，且关闭传感器驱动部分11的电源。
如上所述，本发明的实施例1中的压力测量装置1已提供有：用于测量压力的压力传感器部分(阻抗桥电路)12；用于施加电压到上述压力传感器部分12的传感器驱动部分11；用于在固定时段间隔抽样和测量上述阻抗桥电路的两个桥臂的中点之间的电位差的电压表13；以及用于确定通过上述电压表13抽样和测量的这次压力和先前压力之间的差值是否达到预定的阈值或低于预定限值的控制部分14。因此，本发明的压力测量装置1更少受压力传感器中输出变化特性的过渡现象的影响，且因此可以提高压力测量装置中的压力传感器的输出精度。
此外，不必象传统的压力测量装置2那样进行很多次测量抽样以增加压力传感器的输出精度(不必进行不必要的测量)。因此，压力测量装置1的电能消耗可以减小。因此，该装置不需要从外部电源供电且用户可以携带本发明的压力测量装置1。
下面，借助于图4和图5描述本发明的实施例2。图4是说明在本发明的实施例2中的压力测量装置1中通过传感器驱动器部分11输出的用于驱动压力传感器部分12的驱动波形(脉冲波形)和用于测量电压表13的电压的测量抽样的示图；如图4所示，该驱动波形是不同于第一实施例中的阶跃波形的脉冲波形。此外，该实施例中的压力测量装置1的结构与第一实施例中的压力测量装置完全相同，或省略控制部分14都是可以的。
图5是说明本发明的实施例2中压力测量装置1的压力传感器部分12的传感器输出载流特性的示图。在图5中，为了对照，类似于以脉冲驱动的压力传感器部分12中的输出变化的特性，描绘了以正常驱动(即，施加阶跃电压)的压力传感器部分12的输出变化的特性。以此方式设置脉冲驱动，借此该装置达到稳定期比阶跃驱动的更快(在该图中大约600ms)。这是因为利用了压力传感器部分12中的输出变化在施加电压瞬间大大地改变(突然地)的特性。
如上所述，本发明的实施例2中的压力测量装置1中的驱动波形不同于该实施例中的阶跃驱动波形，施加到压力传感器部分12的驱动波形设为脉冲驱动波形。因此，可以缩短传感器输出载流特性中达到稳定期的时间，且可以减少测量抽样次数。
此外，以脉冲波形驱动压力传感器部分12的电能比以阶跃波形可以减少更多。因此，可以进一步减少压力传感器的消耗电流(电能消耗)。
下面，借助于图6和图7描述本发明的实施例3。图6是说明在本发明的实施例3中的压力测量装置1中通过传感器驱动器部分11输出的用于驱动压力传感器部分13的驱动波形(脉冲波形)和用于测量电压表13的电压的测量抽样的示图。在实施例3中，结合并修改第一和第二实施例。因此，图6中示出的驱动波形和测量抽样与第二实施例中的图4表示的那些相同。而且，在该实施例中压力测量装置1的结构与第一实施例中的结构如出一辙。
图7是说明本发明的实施例3中的压力测量装置1的压力传感器部分12的传感器输出载流特性的示图。压力传感器部分12中的传感器输出和输出变化等的描述与第一实施例(图3)中的那些描述相同，因此此处省略它们。从图3与图7的比较可以明显看出，在该实施例中，压力传感器部分12的输出比第一实施例中驱动电压波形是阶跃波形的情况更快地达到稳态。
如上所述，本发明的实施例3中的压力测量装置1通过结合第一和第二实施例中的压力测量装置1的结构和操作进行配置，因此可以协同地发挥第一和第二实施例中的压力测量装置1的有益的效果。
根据本发明，该装置更少受压力传感器中输出变化特性中的过渡现象影响，且因此可以提高压力测量装置中的压力传感器的输出精度。此外，可以减小压力测量装置的电能消耗。因此，该装置不需要从外部电源供给电能，且便于携带。
Claims (4)
1、一种压力测量装置，包括：
用于测量压力的阻抗桥电路；
用于将电压施加到上述阻抗桥电路的驱动单元；
用于在固定时段间隔抽样和测量上述阻抗桥电路的两个桥臂的中点之间的电位差的测量单元；以及
用于确定通过测量单元抽样和测量的这次压力和先前压力之间差值是否达到预定的阈值或低于预定阈值的确定单元。
2、根据权利要求1的压力测量装置，其中通过驱动单元施加的驱动电压波形是阶跃波形。
3、根据权利要求1的压力测量装置，其中通过驱动单元施加的驱动电压波形是脉冲波形。
4、一种压力测量装置，包括：
用于测量压力的阻抗桥电路；
用于以脉冲驱动波形将电压施加到上述阻抗桥电路的驱动单元；以及
用于在固定时段间隔抽样和测量上述阻抗桥电路的两个桥臂的中点之间的电位差的测量单元。
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