[發明專利]高精度壓力傳感器的誤差補償模型及算法實現

有效

• 申請號: 200610161300.3
• 申請日: 2006-12-14
• 公開（公告）號: CN101201284A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發明（設計）人: 周永軍;賈向陽;毛超民;吳如兆
• 申請（專利權）人: 昆山雙橋傳感器測控技術有限公司
• 主分類號: G01L19/00
• 分類號: G01L19/00;G01L19/02;G01L19/04
• 代理公司: 昆山四方專利事務所
• 代理人: 盛建德

技術領域

本發明涉及高精度壓力傳感器的誤差補償模型及算法實現，是現代先進信號處理技術在壓力傳感器領域的應用，有利于改善壓力傳感器的輸出特性。

技術背景

壓力傳感器是工程中常用的測量器件，由于溫度及制造工藝本身的影響，其輸出特性會發生偏移，造成測量結果的不準確，最主要有非線性、零位和靈敏度溫度漂移、零位時間漂移三種誤差。

傳統的壓力傳感器誤差修正方法主要有：串并聯電阻、熱敏電阻網絡、電阻激光修調等方式，這幾中方法的修調原理基本相同，均是采用模擬方式對壓力傳感器的電橋橋阻進行修調，以實現橋阻特性的一致。這種方法工藝成熟，但存在著以下不足：1、修調過程繁瑣；2、一次只能對一只傳感器進行修調，生產效率低；3、修調溫區固定，只能對某一特定溫區進行修調，修調效果難以令人滿意。4、只能進行一次修調，在使用過程中，當零位發生時間漂移時不能再次進行修正。

發明內容

隨著工控等應用場合對測量精度和可靠性要求越來越高，現代信號調理技術、計算機技術、通訊技術也越來越多地被用來改善壓力傳感器的性能。本發明就是結合壓力敏感元件的設計與生產技術、信號調理技術、計算機技術，提供了一種新型的高精度壓力傳感器誤差補償模型及算法實現，彌補了以上的不足。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種高精度壓力傳感器的誤差補償模型及算法實現，該誤差補償包括壓力傳感器溫度漂移、非線性和時漂，標定傳感器在零位和滿度時的輸出信號，包括以下步驟：

(1)使用烘箱和標準壓力源采集N個溫度點，M個壓力點下傳感器的輸出數據，構成N*M階矩陣；

(2)建立傳感器輸出數學模型P＝aU²+bU+c，根據采集的各個溫度點下傳感器的輸出信號U與所加壓力值P，擬合傳感器輸出函數的溫度補償系數a(T)，b(T)，c(T)和傳感器在不同溫度下零位輸出U₀(T)＝f(T)，并將參數寫入微處理器；

(3)使用時，在零壓力時點擊復位記錄下傳感器的零位輸出U₀，通過采集溫度信息(T)并計算U₀(T)，進而計算出傳感器在使用與補償段內的時間漂移量Δ＝U₀-U₀(T)；

(4)微處理器通過采集溫度傳感器(T)和壓力傳感器的輸出信號(U)的信息，根據補償公式計算調理后微處理器的輸出，補償公式如下：

P＝a(T)(U-Δ)²+b(T)(U-Δ)+c(T)

其中：P為微處理器的輸出，所施加的壓力值；

U為傳感器在壓力P下的輸出信號；

a(T)，b(T)，c(T)為傳感器輸出函數的溫度補償系數。

U₀(T)為傳感器在補償時刻的零位輸出水平；

U₀為傳感器在使用時刻的零位輸出水平；

Δ為傳感器在使用與補償段內的時間漂移量。

本發明的有益技術效果是：1.可實現寬溫區內(如-40℃～+85℃)的傳感器校正；2.微處理器輸出的壓力信號特性效果極佳；3.補償方式簡單，可通過人機交互界面實時對傳感器進行校正。

附圖說明

圖1為本發明所述高精度壓力傳感器的誤差補償模型及算法實現在補償過程中的示意圖；

圖2為本發明所述高精度壓力傳感器的誤差補償模型及算法實現在使用過程中的示意圖。

具體實施方式

實現該發明需要的配置有計算機、微處理器、壓力傳感器、溫度傳感器、標準壓力源和烘箱。設定標準壓力源和烘箱，采集壓力傳感器和溫度傳感器的輸出信息構成N*M階矩陣，在計算機中利用數學處理軟件MATLAB對數據處理，計算出補償的參數并寫入到微處理器中。

(一)以下結合圖1說明本發明在補償過程的具體實現：

高精度壓力傳感器的誤差補償模型及算法實現，該誤差補償包括壓力傳感器溫度漂移、非線性和時漂，標定傳感器在零位和滿度時的輸出信號，實現步驟如下：

1.使用烘箱和標準壓力源采集N個溫度點，M個壓力點下傳感器的輸出數據，構成N*M階矩陣；

表1：傳感器的原始采樣數據矩陣(單位：mv)

2.使用MATLAB數學軟件進行數據處理，獲得壓力傳感器誤差補償參數：

(1)在各個溫度點下對傳感器的輸出信號U與所加壓力值P進行二次擬合，P＝aU²+bU+c，得補償系數a，b，c：