專(zhuān)利名稱(chēng)：基于二維正交函數(shù)的壓力傳感器溫度和壓力互補(bǔ)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓阻式壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用二維正交函數(shù)的最小二乘法的壓阻式壓力傳感器的溫度和壓力互補(bǔ)的方法及裝置。
背景技術(shù)：
目前在壓阻式壓力傳感器的應(yīng)用設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中，在溫度補(bǔ)償算法方面，國(guó)內(nèi)外的許多算法基本存在兩種狀況一種是利用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，預(yù)先依靠經(jīng)驗(yàn)假設(shè)出補(bǔ)償?shù)姆匠?，再通過(guò)多項(xiàng)式擬合或插值的方法進(jìn)行計(jì)算，如曲線(xiàn)擬合法、分段線(xiàn)性插值法等，這類(lèi)方法很容易導(dǎo)致“欠擬合”和“過(guò)擬合”現(xiàn)象的發(fā)生，病態(tài)方程的出現(xiàn)，從而使得適應(yīng)性較低， 精度低；而另一種狀況克服了先假設(shè)模型的缺點(diǎn)，如采用現(xiàn)在使用甚廣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，先進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，獲得大量的數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行加權(quán)計(jì)算得出結(jié)果，這種利用資源來(lái)?yè)Q取精度的方法，計(jì)算量很大，也難免降低其實(shí)時(shí)性。除外，當(dāng)利用壓阻式壓力傳感器壓力和溫度兩測(cè)的特性時(shí)，只單單利用溫度信號(hào)對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，其實(shí)，反之亦然，由于壓力信號(hào)和溫度信號(hào)時(shí)相互干擾的，因此此時(shí)也可用壓力信號(hào)對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，從而同時(shí)可以獲得測(cè)試環(huán)境的壓力和溫度兩個(gè)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，也為需要準(zhǔn)確溫度數(shù)據(jù)輸出的應(yīng)用系統(tǒng)提供了精度的保證和靈活的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于二維正交函數(shù)的壓力傳感器溫度和壓力互補(bǔ)的方法及裝置。本發(fā)明利用單個(gè)壓阻式壓力傳感器具有兩測(cè)特點(diǎn)，從中獲得壓力電壓信號(hào)和溫度電壓信號(hào)，并巧妙的利用電流串聯(lián)負(fù)反饋電路的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出恒定電壓輸入轉(zhuǎn)變?yōu)楹愣娏鬏敵龅碾娐?，大大?jiǎn)化了電路、提高了方法裝置的靈活性和適用性，此外，根據(jù)函數(shù)逼近知識(shí)，提出了一種基于二維正交函數(shù)的最小二乘擬合算法模型，該模型不但克服了由于事先建立經(jīng)驗(yàn)方程模型以及多項(xiàng)式次數(shù)升高可能帶來(lái)的“欠擬合”和“過(guò)擬合”現(xiàn)象的缺點(diǎn)，而且還闡述了利用壓力信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行相互補(bǔ)償?shù)姆椒?，為檢測(cè)壓力和溫度數(shù)據(jù)提供了可靠性強(qiáng)，魯棒性高的算法。本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種基于二維正交函數(shù)的壓力傳感器溫度和壓力互補(bǔ)的方法，包括如下步驟(1)建立模型在傳統(tǒng)的最小二乘擬合中，都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)出散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)的函數(shù)模型，這就容易導(dǎo)致“欠擬合”和“過(guò)擬合”現(xiàn)象的發(fā)生，并且隨著多項(xiàng)式次數(shù)的升高，容易出現(xiàn)病態(tài)方程模型，使得這種算法的可靠性和適應(yīng)性都大大降低。除外，針對(duì)目前壓阻式壓力傳感器實(shí)際測(cè)量壓力時(shí)與環(huán)境溫度之間相互的影響，提出一種基于二維正交函數(shù)的最小二乘法的互補(bǔ)模型，此模型能利用溫度信號(hào)對(duì)傳感器壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，也能利用壓力信號(hào)對(duì)傳感器溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)哪Ｐ?，方程如?br> 權(quán)利要求
1. 一種基于二維正交函數(shù)的壓力傳感器溫度和壓力互補(bǔ)的方法，其特征在于包括如下步驟(1)建立模型針對(duì)目前壓阻式壓力傳感器實(shí)際測(cè)量壓力時(shí)與環(huán)境溫度之間相互的影響，建立一種基于二維正交函數(shù)的最小二乘法的互補(bǔ)模型，此模型能利用溫度信號(hào)對(duì)傳感器壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，也能利用壓力信號(hào)對(duì)傳感器溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)哪Ｐ?，模型方程如?br> 2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于包括壓阻式壓力傳感器探頭、MCU 平臺(tái)、上位機(jī)，MCU平臺(tái)包括單片機(jī)、儀表放大器、電流串聯(lián)負(fù)反饋電路、EEprom, DA轉(zhuǎn)換芯片以及串行通信芯片；所述壓阻式壓力傳感器探頭用來(lái)感應(yīng)壓力和溫度的變化，儀表放大器采集壓力和溫度電壓信號(hào)的變化并進(jìn)行濾波放大處理，單片機(jī)對(duì)經(jīng)濾波放大處理后的信號(hào)進(jìn)行采樣量化轉(zhuǎn)換，單片機(jī)讀取EEprom中由權(quán)利要求1所述方法求得的互補(bǔ)模型補(bǔ)償系數(shù)并代入權(quán)利要求1步驟(1)提出的基于二維正交函數(shù)的方程模型計(jì)算出實(shí)時(shí)的壓力值和溫度值，并通過(guò)串行通信芯片與上位機(jī)保持基于RS485的實(shí)時(shí)通信，以及通過(guò)DA轉(zhuǎn)換芯片把壓力值轉(zhuǎn)換成4mA 20mA的模擬電流信號(hào)，供遠(yuǎn)距離傳輸，DA轉(zhuǎn)換芯片同時(shí)提供精準(zhǔn)恒定電壓給電流串聯(lián)負(fù)反饋電路產(chǎn)生可調(diào)恒定電流，為壓阻式壓力傳感器探頭供電；所述的上位機(jī)進(jìn)行基于二維正交函數(shù)的最小二乘擬合方法的溫度和壓力相互補(bǔ)償系數(shù)的計(jì)算，再將得出的補(bǔ)償系數(shù)利用串行通信方式傳送給單片機(jī)，單片機(jī)再寫(xiě)入EEprom。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述電流串聯(lián)負(fù)反饋電路由運(yùn)算放大器和電阻電容構(gòu)成，將DA轉(zhuǎn)換芯片輸出的精準(zhǔn)電壓作為此電路中運(yùn)算放大器的恒定電壓輸入， 再根據(jù)電流串聯(lián)負(fù)反饋具有恒定電壓輸入恒定電流輸出的特點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)恒電流源， 為壓力傳感器供電。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于二維正交函數(shù)的壓力傳感器溫度和壓力互補(bǔ)的方法及裝置。該方法首先建立二維正交函數(shù)互補(bǔ)模型，該互補(bǔ)模型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力信號(hào)的溫度補(bǔ)償，反之也可利用壓力信號(hào)對(duì)傳感器溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的補(bǔ)償，然后利用基于二維正交函數(shù)的最小二乘擬合算法計(jì)算出模型的補(bǔ)償系數(shù)，之后便可對(duì)采樣的數(shù)據(jù)代入模型進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。所述裝置包括壓阻式壓力傳感器探頭、MCU平臺(tái)、上位機(jī)，MCU平臺(tái)包括單片機(jī)、運(yùn)算放大器、存儲(chǔ)器、DA轉(zhuǎn)換芯片以及串行通信芯片。本發(fā)明能有效的根據(jù)壓力傳感器特性，進(jìn)行巧妙的電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單新穎，具有成本低、實(shí)時(shí)性好、魯棒性高、精確度高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L1/18GK102353481SQ201110180399
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者曾宇森, 秦華標(biāo), 黃若浩 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)