專利名稱：：高精度壓力傳感器的誤差補(bǔ)償模型及算法實現(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高精度壓力傳感器的誤差補(bǔ)償模型及算法實現(xiàn)，是現(xiàn)代先進(jìn)信號處理技術(shù)在壓力傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用，有利于改善壓力傳感器的輸出特性。
背景技術(shù)：
：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(fā)生偏移，造成測量結(jié)果的不準(zhǔn)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(tǒng)的壓力傳感器誤差修正方法主要有串并聯(lián)電阻、熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)、電阻激光修調(diào)等方式，這幾中方法的修調(diào)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(jìn)行修調(diào)，以實現(xiàn)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(diào)過程繁瑣；2、一次只能對一只傳感器進(jìn)行修調(diào)，生產(chǎn)效率低；3、修調(diào)溫區(qū)固定，只能對某一特定溫區(qū)進(jìn)行修調(diào)，修調(diào)效果難以令人滿意。4、只能進(jìn)行一次修調(diào)，在使用過程中，當(dāng)零位發(fā)生時間漂移時不能再次進(jìn)行修正。
發(fā)明內(nèi)容隨著工控等應(yīng)用場合對測量精度和可靠性要求越來越高，現(xiàn)代信號調(diào)理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)也越來越多地被用來改善壓力傳感器的性能。本發(fā)明就是結(jié)合壓力敏感元件的設(shè)計與生產(chǎn)技術(shù)、信號調(diào)理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)，提供了一種新型的高精度壓力傳感器誤差補(bǔ)償模型及算法實現(xiàn)，彌補(bǔ)了以上的不足。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種高精度壓力傳感器的誤差補(bǔ)償模型及算法實現(xiàn)，該誤差補(bǔ)償包括壓力傳感器溫度漂移、非線性和時漂，標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)壓力源采集N個溫度點，M個壓力點下傳感器的輸出數(shù)據(jù)，構(gòu)成，M階矩陣；(2)建立傳感器輸出數(shù)學(xué)模型P=。U2+w+c，根據(jù)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(shù)的溫度補(bǔ)償系數(shù)。(n,wn,c(n和傳感器在不同溫度下零位輸出f/。(r)力(r)，并將參數(shù)寫入微處理器；(3)使用時，在零壓力時點擊復(fù)位記錄下傳感器的零位輸出f/。，通過采集溫度信息(r)并計算c/。(T)，進(jìn)而計算出傳感器在使用與補(bǔ)償段內(nèi)的時間漂移量a=:/。-t/。(r);(4)微處理器通過采集溫度傳感器(r)和壓力傳感器的輸出信號(t/)的信息，根據(jù)補(bǔ)償公式計算調(diào)理后微處理器的輸出，補(bǔ)償公式如下P=A)2+戰(zhàn)"-A)+"7)其中P為微處理器的輸出，所施加的壓力值；f/為傳感器在壓力P下的輸出信號；為傳感器輸出函數(shù)的溫度補(bǔ)償系數(shù)。f/。(7)為傳感器在補(bǔ)償時刻的零位輸出水平；f/。為傳感器在使用時刻的零位輸出水平；A為傳感器在使用與補(bǔ)償段內(nèi)的時間漂移量。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是l.可實現(xiàn)寬溫區(qū)內(nèi)(如-4(TC+85。C)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(bǔ)償方式簡單，可通過人機(jī)交互界面實時對傳感器進(jìn)行校正。圖1為本發(fā)明所述高精度壓力傳感器的誤差補(bǔ)償模型及算法實現(xiàn)在補(bǔ)償過程中的示意圖2為本發(fā)明所述高精度壓力傳感器的誤差補(bǔ)償模型及算法實現(xiàn)在使用過程中的示意圖。具體實施例方式實現(xiàn)該發(fā)明需要的配置有計算機(jī)、微處理器、壓力傳感器、溫度傳感器、標(biāo)準(zhǔn)壓力源和烘箱。設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)成N*M階矩陣，在計算機(jī)中利用數(shù)學(xué)處理軟件MATLAB對數(shù)據(jù)處理，計算出補(bǔ)償?shù)膮?shù)并寫入到微處理器中。(一)以下結(jié)合圖1說明本發(fā)明在補(bǔ)償過程的具體實現(xiàn)高精度壓力傳感器的誤差補(bǔ)償模型及算法實現(xiàn)，該誤差補(bǔ)償包括壓力傳感器溫度漂移、非線性和時漂，標(biāo)定傳感器在零位和滿度時的輸出信號，實現(xiàn)步驟如下1.使用烘箱和標(biāo)準(zhǔn)壓力源采集N個溫度點，M個壓力點下傳感器的輸出數(shù)據(jù)，構(gòu)成,M階矩陣；表l:傳感器的原始采樣數(shù)據(jù)矩陣(單位mv)\<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>2.使用MATLAB數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得壓力傳感器誤差補(bǔ)償參數(shù)(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(jìn)行二次擬合，p=af/2+wy+c，得補(bǔ)償系數(shù)。,6，"例如傳感器在-4(TC，0:10:100Kpa時傳感器的原始輸出信號為<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>使用MATLAB曲線擬合工具箱中polyfit(U,P，2)得至lJ:尸=0.0000502C2490761/+0.6672631B12795U+2.8469018d16907則a=0.00005020249076，6=0.66726311312795，c=2.84690180116907。同理可獲得其他溫度點的補(bǔ)償系數(shù)。Ac:a=;b=;c=[2.846901801169072.421151719224962.044200558313141.717062287482981.422737308217361.159266213559720.894505661440250.651486599843890.447429884769940.10814541049880-0.15925923462867-0.34707444538728-0.47032044667003-0.53619482236170-0.45213754309480-0.33776088557796-0.19122032311449-0.14693094145804];(2)在-40°C+85°C溫區(qū)范圍內(nèi)將補(bǔ)償系數(shù)。，6,c擬合成溫度信息的二次函數(shù)，polyfit(r，a,2):a=1.0e-004*(-0.00000374525545*r2-0.00252780686988*r+0.41701845002545);6=-0.00000027526204*r2+0.00176333916650*r+0.73887048302399;c=0.00040424920254*r2-0.04067961162223*r+0.47905726271458.(3)補(bǔ)償后微處理器輸出的壓力信號戶=at/2+z>(7+c(4)在非擬合溫度點上驗證補(bǔ)償達(dá)到的效果，分別采集了傳感器在-27.5°C、-12.5'C和25。C傳感器輸出的原始信號<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>將溫度信息r和傳感器的輸出信號u帶入補(bǔ)償公式，微處理器輸出的壓力信號如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從驗證的數(shù)據(jù)可以看出，融入了溫度信息和傳感器電壓輸出信息的微處理器所輸出的壓力信號與標(biāo)準(zhǔn)壓力源相比達(dá)到的精度為0.05%，補(bǔ)償效果極佳。(5)傳感器零位時漂的補(bǔ)償通過等分溫度區(qū)間，利用規(guī)范化多項式法將傳感器的零位擬合成溫度信息的函數(shù)，具體操作如下傳感器在不同溫度下的零位輸出為:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>為減少矩陣的求逆運算量，特將溫度劃分為-400"C和085"C兩個區(qū)間，而且利用規(guī)范化多項式法擬合出的函數(shù)在溫度斷點O"處連續(xù)。另通過驗證得出五個溫度點四等分溫度區(qū)間擬合出的多項式效果最佳。在溫區(qū)-40(TC內(nèi)具體的算法實現(xiàn)如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>寫出傳感器零點輸出與溫度的函數(shù)t/。(7)=-O.60+0.O510OOO00O0OOOT-0.00130833333333T2-0.00002500000000T3-0.00000041666667"將7^[-40-30-20-10O]帶入驗證擬合效果得-4.20000000852800-2.97000000269700-2.01000000053200-1.22000000003300-0.60000000000000可以看到與原來的數(shù)據(jù)相當(dāng)接近，滿足做高精度壓力傳感器的要求。同樣可得到溫區(qū)085TM專感器零點輸出與溫度的函數(shù)j/。(7)=-0.60+0.05204166666667r-0.00040937500000r2-0.00000572916667r3+0.00000005468750r4使用時，在零壓力通過點擊復(fù)位記錄下傳感器的零位輸出t/。。則傳感器在補(bǔ)償與使用時間段內(nèi)的漂移量為A=^—仏,)(5)補(bǔ)償了傳感器零位時漂的微處理器的壓力信號輸出函數(shù)為戶二o(:0(f/-A)2+6(7)(f/-A)+c(:o(二)結(jié)合圖2說明本發(fā)明在使用時的操作過程首先在零壓力點擊復(fù)位記錄傳感器的零位輸出[/。，并采集溫度信息r，根據(jù)公式計算出傳感器在補(bǔ)償與使用時間段內(nèi)的漂移量A。施加壓力時，微處理器通過采集傳感器的輸出電壓信號f/和溫度信息r,計算出所施加的壓力尸。權(quán)利要求1、一種高精度壓力傳感器的誤差補(bǔ)償模型及算法實現(xiàn)，其特征在于，該誤差補(bǔ)償包括壓力傳感器溫度漂移、非線性和時漂，標(biāo)定傳感器在零位和滿度時的輸出信號，該算法實現(xiàn)步驟如下(1)使用烘箱和標(biāo)準(zhǔn)壓力源采集N個溫度點，M個壓力點下傳感器的輸出數(shù)據(jù)，構(gòu)成N*M階矩陣；(2)建立傳感器輸出數(shù)學(xué)模型P＝aU2+bU+c，根據(jù)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(shù)的溫度補(bǔ)償系數(shù)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(shù)寫入微處理器；(3)使用時，在零壓力時點擊復(fù)位記錄傳感器的零位輸出U0，通過采集溫度信息(T)并計算U0(T)，進(jìn)而計算出傳感器在使用與補(bǔ)償段內(nèi)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(jù)補(bǔ)償公式計算調(diào)理后微處理器的輸出，補(bǔ)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(shù)的溫度補(bǔ)償系數(shù)。U0(T)為傳感器在補(bǔ)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(bǔ)償段內(nèi)的時間漂移量。全文摘要一種高精度壓力傳感器的誤差補(bǔ)償模型及算法實現(xiàn)，使用烘箱和標(biāo)準(zhǔn)壓力源采集N個溫度點，M個壓力點下傳感器的輸出數(shù)據(jù)，構(gòu)成N*M階矩陣；建立傳感器輸出數(shù)學(xué)模型，根據(jù)采集數(shù)據(jù)擬合傳感器輸出函數(shù)的溫度補(bǔ)償系數(shù)a(T)，b(T)，c(T)和傳感器在不同溫度下零位輸出U<sub>0</sub>(T)＝f(T)，并將參數(shù)寫入微處理器；使用時，在零壓力時點擊復(fù)位記錄傳感器的零位輸出U<sub>0</sub>，通過采集溫度信息(T)并計算U<sub>0</sub>(T)，進(jìn)而計算出傳感器在使用與補(bǔ)償段內(nèi)的時間漂移量Δ＝U<sub>0</sub>-U<sub>0</sub>(T)；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(jù)補(bǔ)償公式P＝a(T)(U-Δ)<sup>2</sup>+b(T)(U-Δ)+c(T)計算調(diào)理后微處理器的輸出，本發(fā)明結(jié)合壓力敏感元件的設(shè)計與生產(chǎn)技術(shù)、信號調(diào)理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)，實現(xiàn)寬溫區(qū)壓力傳感器校正；壓力信號特性效果極佳。文檔編號G01L19/00GK101201284SQ200610161300公開日2008年6月18日申請日期2006年12月14日優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日發(fā)明者吳如兆,周永軍,毛超民,賈向陽申請人:昆山雙橋傳感器測控技術(shù)有限公司