高精度的壓力采集方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及液體壓力測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及高精度的壓力采集方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在測(cè)量/測(cè)試管路兩端水壓力差時(shí)，目前市場(chǎng)上尚未有專門的測(cè)壓差的傳感器。 因而，通常是通過(guò)水壓力傳感器測(cè)量進(jìn)水口壓力和測(cè)量出水口壓力的然后做差，而進(jìn)行壓 差測(cè)試的。這種壓力差測(cè)試方法存在缺陷：由于兩端的測(cè)試到的壓力的數(shù)據(jù)本身存在偏差 /誤差，那么得到的壓差結(jié)果的偏差/誤差會(huì)更大。這種測(cè)試方法在供電電源質(zhì)量不高的場(chǎng) 合，會(huì)產(chǎn)生非常大的誤差，也會(huì)使采集到的結(jié)果不停地跳動(dòng)，即測(cè)試精度太低。
[0003] 具體地，現(xiàn)有的利用水壓力傳感器（下面稱壓力傳感器）測(cè)試水壓力的公式為 壓力值P= (Vout-5)/2MP，其中Vout為壓力傳感器采集電壓，單位為伏特（V)，壓力值 P單位為兆帕（MP);如果用此壓力傳感器測(cè)試后，計(jì)算水壓力差的公式為壓力差值ΔΡ= (Vout2 -Voutl)/2ΜΡ，Voutl、Vout2分別為殼管兩端的壓力傳感器的采集電壓，單位為伏特 (V)，壓力差值ΔΡ單位為兆帕（MP)。壓力傳感器測(cè)殼管的壓力時(shí)，單純從壓力方面看，壓力 傳感器測(cè)MP級(jí)的壓力（如10MP級(jí)），則誤差最大在10KP時(shí)還是可以接受，但是測(cè)殼管兩端 水流壓力而計(jì)算壓力差時(shí)，由于水流緩慢，工程上這個(gè)壓力差在很小范圍內(nèi)變化即壓力差 值一般比較?。ㄈ?0KP左右），那么誤差10KP~20KP的誤差就顯得很大，不能接受了。
[0004] 而在實(shí)際應(yīng)用中，壓力傳感器測(cè)試板的供電受開(kāi)關(guān)電源紋波的影響，一般在200 毫伏（mV)左右，這個(gè)值代換到壓差值時(shí)為10KP，極端情況時(shí)，這個(gè)值可以到達(dá)20KP，這就大 大超出了我們的預(yù)期。并且，主板電源供電存在的電源紋波干擾，使得采樣電壓結(jié)果在實(shí)際 值周圍波動(dòng)，按通道分別使用AD采集芯片采集得到的壓力模擬量并非同步，由于綜合電源 紋波與采集時(shí)序不同，得到的壓力模擬量就不是確定值，計(jì)算壓力差時(shí)兩個(gè)壓力時(shí)序不同 步，壓力差也不是穩(wěn)定值，最終計(jì)算出的結(jié)果就會(huì)不停跳動(dòng)。
[0005]因此，由于采集傳輸線上耦合的紋波和由于管路水流不穩(wěn)定這兩個(gè)因素，會(huì)導(dǎo)致 采集到的結(jié)果不穩(wěn)定、誤差大，壓力測(cè)試精度太低，最終計(jì)算出來(lái)的結(jié)果會(huì)不停地跳動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種高精度的壓力采集方 法和系統(tǒng)，以解決通過(guò)差分電路和數(shù)字濾波算法處理紋波來(lái)提升壓力采集的精度的問(wèn)題， 進(jìn)而以低成本、簡(jiǎn)便的方式，獲得高精度的采集數(shù)據(jù)、更準(zhǔn)確的壓差測(cè)試結(jié)果。
[0007] 本發(fā)明一方面提供一種高精度的壓力采集方法，包括：利用差分電路在計(jì)算壓差 時(shí)，處理采集信號(hào)的耦合的紋波后獲得壓差值；對(duì)所述壓差值進(jìn)行數(shù)字濾波，進(jìn)一步濾除異 常超范圍的信號(hào)，顯示經(jīng)濾波后的壓差值結(jié)果作為最終結(jié)果。
[0008]其中，利用差分電路在計(jì)算壓差時(shí)，處理采集信號(hào)的耦合的紋波后獲得壓差值，包 括：處理采集信號(hào)的耦合的紋波，是去除壓力采集時(shí)兩個(gè)傳輸線上同時(shí)受到開(kāi)關(guān)電源影響 的紋波信號(hào)而得到經(jīng)過(guò)處理后的壓差值。
[0009] 其中，利用差分電路在計(jì)算壓差時(shí)，處理采集信號(hào)的耦合的紋波后獲得壓差值，還 包括：在壓差計(jì)算時(shí)，基于用兩個(gè)壓力傳感器進(jìn)行管路兩端的壓力采集時(shí)，給壓力傳感器的 供電是等值的，采集信號(hào)的耦合紋波也就是等幅等相位的，把等幅等相位的紋波相減，以濾 除掉壓差信號(hào)上的紋波。
[0010] 其中，利用差分電路在計(jì)算壓差時(shí)，處理采集信號(hào)的耦合的紋波后獲得壓差值，還 包括：所述差分電路采用TI廠家的TM4C芯片的內(nèi)置差分模塊的功能，利用該模塊去除掉采 集時(shí)兩個(gè)傳輸線上同時(shí)受開(kāi)關(guān)電源影響的紋波信號(hào)。
[0011] 其中，對(duì)所述壓差值進(jìn)行數(shù)字濾波，進(jìn)一步濾除異常超范圍的信號(hào)，顯示經(jīng)濾波后 的壓差值結(jié)果作為最終結(jié)果，包括：將所述壓差值通過(guò)數(shù)字濾波算法濾除異常超范圍的信 號(hào)，以避免計(jì)算結(jié)果的跳動(dòng)，最終得到的壓差值結(jié)果穩(wěn)定在測(cè)試結(jié)果處，并作為最終結(jié)果顯 不。
[0012] 本發(fā)明另一方面提供一種高精度的壓力采集系統(tǒng)，包括：紋波裝置，用于利用差分 電路在計(jì)算壓差時(shí)，處理采集信號(hào)的耦合的紋波后獲得壓差值；過(guò)濾裝置，用于對(duì)所述壓差 值進(jìn)行數(shù)字濾波，進(jìn)一步濾除異常超范圍的信號(hào)，顯示經(jīng)濾波后的壓差值結(jié)果作為最終結(jié) 果。
[0013] 其中，紋波裝置，包括：處理采集信號(hào)的耦合的紋波，是去除壓力采集時(shí)兩個(gè)傳輸 線上同時(shí)受到開(kāi)關(guān)電源影響的紋波信號(hào)而得到經(jīng)過(guò)處理后的壓差值。
[0014] 其中，紋波裝置，還包括：在壓差計(jì)算時(shí)，基于用兩個(gè)壓力傳感器進(jìn)行管路兩端的 壓力采集時(shí)，給壓力傳感器的供電是等值的，采集信號(hào)的耦合紋波也就是等幅等相位的，把 等幅等相位的紋波相減，以濾除掉壓差信號(hào)上的紋波。
[0015] 其中，紋波裝置，還包括：所述差分電路采用TI廠家的TM4C芯片的內(nèi)置差分模塊 的功能，利用該模塊去除掉采集時(shí)兩個(gè)傳輸線上同時(shí)受開(kāi)關(guān)電源影響的紋波信號(hào)。
[0016] 其中，過(guò)濾裝置，包括：將所述壓差值通過(guò)數(shù)字濾波算法濾除異常超范圍的信號(hào)， 以避免計(jì)算結(jié)果的跳動(dòng)，最終得到的壓差值結(jié)果穩(wěn)定在測(cè)試結(jié)果處，并作為最終結(jié)果顯示。
[0017] 本發(fā)明的方案，通過(guò)使用TI的TM4C123GE6PZ芯片內(nèi)部特有的差分采樣功能，對(duì)壓 差信號(hào)計(jì)算時(shí)的共模紋波信號(hào)（共模紋波作為諧波中的一種，是共模干擾耦合到電路上產(chǎn) 生的紋波）進(jìn)行濾除，并通過(guò)數(shù)字濾波算法（例如：可以以程序編寫(xiě)的方式嵌入在MCU芯片 或主控芯片如TM4C123GE6PZ芯片內(nèi)）對(duì)壓力傳感器采集到的因?yàn)樗鲃?dòng)產(chǎn)生的紋波（壓 力傳感器沒(méi)有自身紋波，壓力傳感器最終測(cè)量得到的壓力差值是由共模紋波信號(hào)、水流動(dòng) 產(chǎn)生的紋波、采集信號(hào)的耦合紋波、以及電源紋波共同作用產(chǎn)生的）進(jìn)行濾除（例如：可以 通過(guò)差分電路對(duì)壓力傳感器采集得到的信號(hào)如壓力差值進(jìn)行過(guò)濾處理），提升了壓力信號(hào) 采集精度如壓力差誤差控制在〇~2KP，提高了壓差計(jì)算的準(zhǔn)確度，進(jìn)而以低成本、簡(jiǎn)便的 方式改進(jìn)了壓差的測(cè)試。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0019] 圖1是本發(fā)明的高精度的壓力采集方法的一實(shí)施例的流程圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明的方案使用的TM4C123GE6PZ內(nèi)置差分模擬轉(zhuǎn)換器及外圍接口電路 一實(shí)施例的示意圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明的高精度的壓力采集系統(tǒng)的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)中差分電路具體應(yīng)用的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例及 相應(yīng)的附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一 部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做 出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024] 根據(jù)發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種高精度的壓力采集方法。如圖1所示本發(fā)明的高 精度的壓力采集方法的一實(shí)施例的流程圖。
[0025] 在步驟S110,利用差分電路在計(jì)算壓差時(shí)，處理采集信號(hào)的耦合的紋波后獲得壓 差值。
[0026] 其中，可以通過(guò)主控芯片TM4C的模擬量采集口并結(jié)合外部壓力傳感器采樣電路， 實(shí)現(xiàn)通用的壓力差檢測(cè)方案，從而對(duì)采樣過(guò)程中采樣數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問(wèn)題提出了一種優(yōu)化方 式。
[0027] 其中，處理采集信號(hào)的耦合的紋波，可以是去除壓力采集時(shí)兩個(gè)傳輸線上同時(shí)受 到開(kāi)關(guān)電源影響的紋波信號(hào)，從而得到經(jīng)過(guò)處理后的壓差值。
[0028] 其中，用兩個(gè)壓力傳感器進(jìn)行管路兩端的壓力采集時(shí)，給壓力傳感器的供電（電 壓）基本是等值的，采集信號(hào)的耦合紋波也就是等幅等相位的，可以在壓差計(jì)算時(shí)，把此部 分等幅等相位的紋波相減，而濾除掉壓差信號(hào)上的紋波。
[0029] 進(jìn)一步，差分電路（例如：可以通過(guò)外部壓力傳感和檢測(cè)電路進(jìn)行壓力值采集，通 過(guò)芯片內(nèi)部的差分模塊進(jìn)行硬件濾波，再通過(guò)芯片中嵌入式編寫(xiě)的程序進(jìn)行軟件濾波和計(jì) 算出壓力差數(shù)值）可以采用德州儀器TI廠家的TM4C芯片的內(nèi)置差分模塊的功能。具體地， TI的TM4C的M4芯片專門針對(duì)工控級(jí)現(xiàn)場(chǎng)提供解決方案，內(nèi)部集成了豐富的模擬量數(shù)字量 轉(zhuǎn)換器ADC(analoguetodigitalconverter)資源，精度在12位，同時(shí)針對(duì)電機(jī)控制，其 還內(nèi)含了正交編碼器，4路PWM輸出信號(hào)。
[0030] 在一個(gè)例子中，差分電路的應(yīng)用可以很簡(jiǎn)單，如在測(cè)試管體兩端進(jìn)出口水的壓力 差時(shí)，會(huì)在進(jìn)口入安裝一個(gè)壓力傳感器，在出口處安裝一個(gè)壓力傳感器。只需要兩個(gè)傳感器 的電線直接接到上述采集電路上，就可以得到壓力差的值（這個(gè)值是通過(guò)兩個(gè)傳感器采集 到的壓力值的電壓信號(hào)在芯片內(nèi)部通過(guò)程序做計(jì)算得到的）。
[0031] 例如：精度可以控制到0~3kp以內(nèi)，在沒(méi)有使用本發(fā)明的方案時(shí)檢測(cè)到的壓力差 誤差在-100kp到100kp以內(nèi)?？照{(diào)系統(tǒng)對(duì)殼管兩端壓力差的精度要求在10KP以內(nèi)。
[0032] 例如：具體應(yīng)用參加圖4所示的例子。在圖4中空調(diào)殼管（如空調(diào)殼管310)兩端 安裝壓力傳感器（如壓力傳感器320)，壓力傳感器的電線（如壓力傳感器電線330)連接到 壓力采樣模塊（如壓力采樣模塊340)上，這樣把的壓力對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳到TM4C123GE6PZ里， 在TM4C123GE6PZ進(jìn)行程序編寫(xiě)來(lái)計(jì)算出整個(gè)殼管兩端的壓力差。通過(guò)測(cè)試在殼管沒(méi)有水 流動(dòng)（也可以把壓力傳感器從殼管上取下來(lái)作為空載情況進(jìn)行測(cè)試）時(shí)，壓力差應(yīng)當(dāng)為零。 使用傳統(tǒng)的檢測(cè)模式，由于電源紋波的影響，壓力差計(jì)算結(jié)果為100KP左右，使用本發(fā)明的 方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)壓力差為3KP以內(nèi)，可以誤差就已經(jīng)很小了（例如：從100KP降到3KP)。
[0033] 這