CN209230839U - 一种压力传感器数字补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于传感器领域，公开了一种压力传感器数字补偿装置，包括温度检测模块、控制模块、数模转换模块、第一放大模块、第二放大模块、压力检测模块、仪用放大模块及滤波模块；控制模块根据温度检测信号生成电压参数信号；数模转换模块根据电压参数信号生成原始驱动电压和原始零点参考电压并通过放大模块进行放大；压力检测模块根据驱动电压和外部输入的压力生成原始压力检测电压；仪用放大模块根据压力检测电压和零点参考电压生成原始目标检测电压；滤波模块生成目标检测电压；故补偿了温度变化导致的压力检测模块的灵敏度变化和零点电压漂移，无需通过改变放大器增益和偏置，在补偿温度漂移的同时，保持了输出信号的低噪声。

Description

一种压力传感器数字补偿装置

技术领域

本实用新型属于传感器领域，尤其涉及一种压力传感器数字补偿装置。

背景技术

硅压力传感器主要通过半导体应变电阻的变化感受压力变化，半导体电阻阻值随温度变化而变化，导致传感器的输出随温度发生变化。现有专用集成电路通过改变放大器增益和偏置来调节输出信号，补偿温度的变化。由于调节增益需要用到可编程放大器，其噪声比通用放大器大10倍以上。

传统的压力传感器数字补偿装置存在无法在补偿温度漂移的同时，保持低噪声的缺陷。

实用新型内容

本实用新型提供了一种压力传感器数字补偿装置，旨在解决传统技术压力传感器数字补偿装置中存在无法在补偿温度漂移的同时，保持低噪声的问题。

本实用新型是这样实现的，一种压力传感器数字补偿装置，所述压力传感器数字补偿装置包括：

用于对温度进行检测并生成温度检测信号的温度检测模块；

与所述温度检测模块连接，用于根据温度检测信号生成电压参数信号的控制模块；

与所述控制模块连接，用于根据所述电压参数信号生成原始驱动电压和原始零点参考电压的数模转换模块；

与所述数模转换模块连接，用于对所述原始驱动电压进行放大以生成驱动电压的第一放大模块；

与所述数模转换模块连接，用于对所述原始零点参考电压进行放大以生成零点参考电压的第二放大模块；

与所述第一放大模块连接，用于根据所述驱动电压和外部输入的压力生成原始压力检测电压的压力检测模块；

与所述压力检测模块和所述第二放大模块连接，用于根据所述压力检测电压和所述零点参考电压生成原始目标检测电压的仪用放大模块；

与所述仪用放大模块连接，用于对所述原始目标检测电压进行滤波以生成目标检测电压的滤波模块。

在其中一个实施例中，所述压力传感器数字补偿装置还包括：

与所述控制模块和所述数模转换模块连接，用于根据输入直流电生成供电电源以对所述控制模块和所述数模转换模块进行供电的电源模块。

在其中一个实施例中，所述压力传感器数字补偿装置还包括：

与所述电源模块连接，用于抑制所述输入直流电的电磁干扰的第一抑制模块；

电源模块具体用于根据抑制电磁干扰后的所述输入直流电生成供电电源以对所述控制模块和所述数模转换模块进行供电。

在其中一个实施例中，所述压力传感器数字补偿装置还包括：

与所述滤波模块连接，用于抑制所述目标检测电压的电磁干扰的第二抑制模块。

在其中一个实施例中，所述控制模块包括微处理器；

所述微处理器的电源端VCC为所述控制模块的电源输入端，所述微处理器的温度检测端为所述控制模块的温度检测信号输入端，所述微处理器的I2C数据端和所述微处理器的I2C时钟端共同构成所述控制模块的电压参数信号输出端，所述微处理器的接地端与电源地连接。

在其中一个实施例中，所述数模转换模块包括数模转换器；

所述数模转换器的电源端为所述数模转换模块的电源输入端，所述数模转换器的I2C数据端和所述数模转换器的I2C时钟端共同构成所述数模转换模块的电压参数信号输入端，所述数模转换器的接地端与电源地连接，所述数模转换器的第一模拟信号输出端为所述数模转换模块的原始零点参考电压输出端，所述数模转换器的第二模拟信号输出端为所述数模转换模块的原始驱动电压输出端。

在其中一个实施例中，所述仪用放大模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及第五电阻；

所述第一运算放大器的正相输入端为所述仪用放大模块的第一原始压力检测电压输入端，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端为所述仪用放大模块的零点参考电压输入端，所述第一运算放大器的输出端与所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端和所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第二运算放大器的正相输入端为所述仪用放大模块的第二原始压力检测电压输入端，所述第二运算放大器的输出端与所述第四电阻的第二端和所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端为所述仪用放大模块的原始目标检测电压输出端。

在其中一个实施例中，所述滤波模块包括第三运算放大器、第一电容、第二电容、第六电阻、第七电阻、第八电阻以及第九电阻；

所述第三运算放大器的正相输入端与所述第六电阻的第一端和所述第二电容的第一端连接，所述第六电阻的第二端和所述第一电容的第一端共同构成所述滤波模块的原始目标检测电压输入端，所述第三运算放大器的反相输入端与所述第七电阻的第一端和所述第八电阻的第一端连接，所述第三运算放大器的输出端与所述第一电容的第二端、所述第八电阻的第二端以及所述第九电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端为所述滤波模块的目标检测电压输出端，所述第二电容的第二端和所述第七电阻的第七电阻的第二端共接于电源地。

在其中一个实施例中，所述第一放大模块和第二放大模块均为电压放大单元；所述电压放大单元包括第四运算放大器；

所述第四运算放大器的正相输入端为所述电压放大单元的输入端，所述第四运算放大器的反相输入端和所述第四运算放大器的输出端共同构成所述电压放大单元的输出端。

在其中一个实施例中，所述压力检测模块包括压力传感器、第十电阻以及第十一电阻；

所述压力传感器的电源端为所述压力检测模块的电源端，所述压力传感器的第一输出端和所述第十一电阻的第一端共同构成所述压力检测模块的第一原始压力检测电压输出端，所述压力传感器的第二输出端和所述第十电阻的第一端共同构成所述压力检测模块的第二原始压力检测电压输出端，所述压力传感器的接地端、所述第十电阻的第二端以及所述第十一电阻的第二端共接于电源地。

由于当温度变化时，压力检测模块的灵敏度会发生变化且温度检测模块的零点电压会发生漂移，本实用新型实施例通过温度检测模块对温度进行检测并生成温度检测信号；控制模块根据温度检测信号生成电压参数信号；数模转换模块根据电压参数信号生成原始驱动电压和原始零点参考电压，而温度检测模块的灵敏度随驱动电压变化而变化，仪用放大模块根据压力检测电压和零点参考电压生成原始目标检测电压，故补偿了温度变化导致的压力检测模块的灵敏度变化和零点电压漂移，实现了无需通过改变放大器增益和偏置以补偿温度的变化，在补偿温度漂移的同时，保持了输出信号的低噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术实用新型，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的压力传感器数字补偿装置的一种模块原理框图；

图2为本实用新型实施例提供的压力传感器数字补偿装置的另一种模块原理框图；

图3为本实用新型实施例提供的压力传感器数字补偿装置的另一种模块原理框图；

图4为本实用新型实施例提供的压力传感器数字补偿装置的另一种模块原理框图；

图5为本实用新型实施例提供的压力传感器数字补偿装置的示例电路结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了本实用新型实施例提供的压力传感器数字补偿装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

压力传感器数字补偿装置包括温度检测模块01、控制模块02、数模转换模块03、第一放大模块04、第二放大模块05、压力检测模块06、仪用放大模块07以及滤波模块08。

温度检测模块01用于对温度进行检测并生成温度检测信号；控制模块02与温度检测模块01连接，用于根据温度检测信号生成电压参数信号；数模转换模块03与控制模块02连接，用于根据电压参数信号生成原始驱动电压和原始零点参考电压；第一放大模块04与数模转换模块03连接，用于对原始驱动电压进行放大以生成驱动电压；第二放大模块05与数模转换模块03连接，用于对原始零点参考电压进行放大以生成零点参考电压；压力检测模块06与第一放大模块04连接，用于根据驱动电压和外部输入的压力生成原始压力检测电压；仪用放大模块07与压力检测模块06和第二放大模块05连接，用于根据压力检测电压和零点参考电压生成原始目标检测电压；滤波模块08与仪用放大模块07连接，用于对原始目标检测电压进行滤波以生成目标检测电压。

其中，温度检测模块01可以为温敏电阻。

具体实施中，电压参数信号携带原始驱动电压参数信息和原始零点参考电压参数信息，数模转换模块03具体用于根据原始驱动电压参数信息和原始零点参考电压参数信息生成原始驱动电压和原始零点参考电压。

具体实施中，可以预先测量压力检测模块06在不同温度下的电压参数，并将电压参数和温度的关联保存至控制模块02，其中，电压参数包括原始驱动电压参数和原始零点参考电压参数；控制模块02根据温度检测信号确定温度，并根据温度获取原始驱动电压参数和原始零点参考电压参数并生成电压参数信号。

通过滤波模块08对原始目标检测电压进行低通滤波，抑制了目标检测电压的中高频干扰。

如图2所示，压力传感器数字补偿装置还包括电源模块09。

与控制模块02和数模转换模块03连接，用于根据输入直流电生成供电电源以对控制模块02和数模转换模块03进行供电的电源模块09。

如图3所示，压力传感器数字补偿装置还包括第一抑制模块10。

第一抑制模块10与电源模块09连接，用于抑制输入直流电的电磁干扰。电源模块09具体用于根据抑制电磁干扰后的输入直流电生成供电电源以对控制模块02和数模转换模块03进行供电。

通过第一抑制模块10抑制输入直流电的电磁干扰，使得对控制模块02和数模转换模块03进行供电的供电电源更加稳定。

如图4所示，压力传感器数字补偿装置还包括第二抑制模块11。

第二抑制模块11与滤波模块08连接，用于抑制目标检测电压的电磁干扰。

通过第二抑制模块11抑制目标检测电压的电磁干扰，使得提高了目标检测电压的稳定性。

图5示出了本实用新型实施例提供的压力传感器数字补偿装置的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

控制模块02包括微处理器U1。

微处理器U1的电源端VCC为控制模块02的电源输入端，微处理器U1的温度检测端Tem为控制模块02的温度检测信号输入端，微处理器U1的I2C数据端SDA和微处理器U1的I2C时钟端SCL共同构成控制模块02的电压参数信号输出端，微处理器U1的接地端GND与电源地连接。

数模转换模块03包括数模转换器U2。

数模转换器U2的电源端VCC为数模转换模块03的电源输入端，数模转换器U2的I2C数据端SDA和数模转换器U2的I2C时钟端SCL共同构成数模转换模块03的电压参数信号输入端，数模转换器U2的接地端GND与电源地连接，数模转换器U2的第一模拟信号输出端DAC1为数模转换模块03的原始零点参考电压输出端，数模转换器U2的第二模拟信号输出端DAC2为数模转换模块03的原始驱动电压输出端。

仪用放大模块07包括第一运算放大器U3、第二运算放大器U4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第五电阻R5。

第一运算放大器U3的正相输入端为仪用放大模块07的第一原始压力检测电压输入端，第一运算放大器U3的反相输入端与第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端连接，第一电阻R1的第二端为仪用放大模块07的零点参考电压输入端，第一运算放大器U3的输出端与第二电阻R2的第二端和第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端和第二运算放大器U4的反相输入端连接，第二运算放大器U4的正相输入端为仪用放大模块07的第二原始压力检测电压输入端，第二运算放大器U4的输出端与第四电阻R4的第二端和第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端为仪用放大模块07的原始目标检测电压输出端。

滤波模块08包括第三运算放大器U5、第一电容C1、第二电容C2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8以及第九电阻R9。

第三运算放大器U5的正相输入端与第六电阻R6的第一端和第二电容C2的第一端连接，第六电阻R6的第二端和第一电容C1的第一端共同构成滤波模块08的原始目标检测电压输入端，第三运算放大器U5的反相输入端与第七电阻R7的第一端和第八电阻R8的第一端连接，第三运算放大器U5的输出端与第一电容C1的第二端、第八电阻R8的第二端以及第九电阻R9的第一端连接，第九电阻R9的第二端为滤波模块08的目标检测电压输出端，第二电容C2的第二端和第七电阻R7的第七电阻R7的第二端共接于电源地。

第一放大模块04和第二放大模块05均为电压放大单元；电压放大单元包括第四运算放大器U6。

第四运算放大器U6的正相输入端为电压放大单元的输入端，第四运算放大器U6的反相输入端和第四运算放大器U6的输出端共同构成电压放大单元的输出端。

压力检测模块06包括压力传感器U7、第十电阻R10以及第十一电阻R11。

压力传感器U7的电源端为压力检测模块06的电源端，压力传感器U7的第一输出端和第十一电阻R11的第一端共同构成压力检测模块06的第一原始压力检测电压输出端，压力传感器U7的第二输出端和第十电阻R10的第一端共同构成压力检测模块06的第二原始压力检测电压输出端，压力传感器U7的接地端、第十电阻R10的第二端以及第十一电阻R11的第二端共接于电源地。

温度检测模块01包括温敏电阻RT1。

以下结合工作原理对图5所示的作进一步说明：

在具体实施过程中，温敏电阻RT1对温度进行检测并生成温度检测信号；微处理器U1的温度检测端Tem接收温度检测信号，微处理器U1根据温度检测信号生成电压参数信号并从微处理器U1的I2C数据端和微处理器U1的I2C时钟端输出；数模转换器U2的I2C数据端和数模转换器U2的I2C时钟端接收电压参数信号，数模转换器U2根据电压参数信号生成原始驱动电压和原始零点参考电压，其中，原始驱动电压从数模转换器U2的第二模拟信号输出端DAC2输出至第一放大模块04，第一放大模块04对原始驱动电压进行放大以生成驱动电压并输出至压力传感器U7的电源端；原始零点参考电压从数模转换器U2的第一模拟信号输出端DAC1输出至第二放大模块05，第二放大模块05对原始零点参考电压进行放大以生成零点参考电压并输出至第一运算放大器U3的反相输入端；压力传感器U7根据驱动电压和外部输入的压力生成原始压力检测电压，原始压力检测电压包括输出至第一运算放大器U3的正相输入端的第一原始压力检测电压和输出至第二运算放大器U4的正相输入端的第二原始压力检测电压；第一运算放大器U3和第二运算放大器U4根据压力检测电压和零点参考电压生成原始目标检测电压；滤波模块08对原始目标检测电压进行滤波以生成目标检测电压。第二抑制模块11抑制目标检测电压进行的电磁干扰。

本实用新型实施例通过包括温度检测模块、控制模块、数模转换模块、第一放大模块、第二放大模块、压力检测模块、仪用放大模块以及滤波模块；控制模块根据温度检测信号生成电压参数信号；数模转换模块根据电压参数信号生成原始驱动电压和原始零点参考电压并通过放大模块进行放大；压力检测模块根据驱动电压和外部输入的压力生成原始压力检测电压；仪用放大模块根据压力检测电压和零点参考电压生成原始目标检测电压；滤波模块生成目标检测电压；故补偿了温度变化导致的压力检测模块的灵敏度变化和零点电压漂移，实现了无需通过改变放大器增益和偏置以补偿温度的变化，在补偿温度漂移的同时，保持了输出信号的低噪声。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压力传感器数字补偿装置，其特征在于，所述压力传感器数字补偿装置包括：

用于对温度进行检测并生成温度检测信号的温度检测模块；

与所述温度检测模块连接，用于根据温度检测信号生成电压参数信号的控制模块；

与所述控制模块连接，用于根据所述电压参数信号生成原始驱动电压和原始零点参考电压的数模转换模块；

与所述数模转换模块连接，用于对所述原始驱动电压进行放大以生成驱动电压的第一放大模块；

与所述数模转换模块连接，用于对所述原始零点参考电压进行放大以生成零点参考电压的第二放大模块；

与所述第一放大模块连接，用于根据所述驱动电压和外部输入的压力生成原始压力检测电压的压力检测模块；

与所述压力检测模块和所述第二放大模块连接，用于根据所述压力检测电压和所述零点参考电压生成原始目标检测电压的仪用放大模块；

与所述仪用放大模块连接，用于对所述原始目标检测电压进行滤波以生成目标检测电压的滤波模块。

2.如权利要求1所述的压力传感器数字补偿装置，其特征在于，所述压力传感器数字补偿装置还包括：

与所述控制模块和所述数模转换模块连接，用于根据输入直流电生成供电电源以对所述控制模块和所述数模转换模块进行供电的电源模块。

3.如权利要求2所述的压力传感器数字补偿装置，其特征在于，所述压力传感器数字补偿装置还包括：

与所述电源模块连接，用于抑制所述输入直流电的电磁干扰的第一抑制模块；

电源模块具体用于根据抑制电磁干扰后的所述输入直流电生成供电电源以对所述控制模块和所述数模转换模块进行供电。

4.如权利要求1所述的压力传感器数字补偿装置，其特征在于，所述压力传感器数字补偿装置还包括：

与所述滤波模块连接，用于抑制所述目标检测电压的电磁干扰的第二抑制模块。

5.如权利要求1所述的压力传感器数字补偿装置，其特征在于，所述控制模块包括微处理器；

所述微处理器的电源端VCC为所述控制模块的电源输入端，所述微处理器的温度检测端为所述控制模块的温度检测信号输入端，所述微处理器的I2C数据端和所述微处理器的I2C时钟端共同构成所述控制模块的电压参数信号输出端，所述微处理器的接地端与电源地连接。

6.如权利要求1所述的压力传感器数字补偿装置，其特征在于，所述数模转换模块包括数模转换器；

所述数模转换器的电源端为所述数模转换模块的电源输入端，所述数模转换器的I2C数据端和所述数模转换器的I2C时钟端共同构成所述数模转换模块的电压参数信号输入端，所述数模转换器的接地端与电源地连接，所述数模转换器的第一模拟信号输出端为所述数模转换模块的原始零点参考电压输出端，所述数模转换器的第二模拟信号输出端为所述数模转换模块的原始驱动电压输出端。

7.如权利要求1所述的压力传感器数字补偿装置，其特征在于，所述仪用放大模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及第五电阻；

所述第一运算放大器的正相输入端为所述仪用放大模块的第一原始压力检测电压输入端，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端为所述仪用放大模块的零点参考电压输入端，所述第一运算放大器的输出端与所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端和所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第二运算放大器的正相输入端为所述仪用放大模块的第二原始压力检测电压输入端，所述第二运算放大器的输出端与所述第四电阻的第二端和所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端为所述仪用放大模块的原始目标检测电压输出端。

8.如权利要求1所述的压力传感器数字补偿装置，其特征在于，所述滤波模块包括第三运算放大器、第一电容、第二电容、第六电阻、第七电阻、第八电阻以及第九电阻；

所述第三运算放大器的正相输入端与所述第六电阻的第一端和所述第二电容的第一端连接，所述第六电阻的第二端和所述第一电容的第一端共同构成所述滤波模块的原始目标检测电压输入端，所述第三运算放大器的反相输入端与所述第七电阻的第一端和所述第八电阻的第一端连接，所述第三运算放大器的输出端与所述第一电容的第二端、所述第八电阻的第二端以及所述第九电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端为所述滤波模块的目标检测电压输出端，所述第二电容的第二端和所述第七电阻的第七电阻的第二端共接于电源地。

9.如权利要求1所述的压力传感器数字补偿装置，其特征在于，所述第一放大模块和第二放大模块均为电压放大单元；所述电压放大单元包括第四运算放大器；

所述第四运算放大器的正相输入端为所述电压放大单元的输入端，所述第四运算放大器的反相输入端和所述第四运算放大器的输出端共同构成所述电压放大单元的输出端。

10.如权利要求1所述的压力传感器数字补偿装置，其特征在于，所述压力检测模块包括压力传感器、第十电阻以及第十一电阻；

所述压力传感器的电源端为所述压力检测模块的电源端，所述压力传感器的第一输出端和所述第十一电阻的第一端共同构成所述压力检测模块的第一原始压力检测电压输出端，所述压力传感器的第二输出端和所述第十电阻的第一端共同构成所述压力检测模块的第二原始压力检测电压输出端，所述压力传感器的接地端、所述第十电阻的第二端以及所述第十一电阻的第二端共接于电源地。