一種數(shù)字壓力傳感器和獲取數(shù)字壓力信號的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器校準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)字壓力傳感器和獲取數(shù)字壓力信號的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有數(shù)字壓力傳感器將壓力微系統(tǒng)MEMS與溫度傳感器的原始輸出經(jīng)放大器放大，然后經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號經(jīng)過一個固定的校準(zhǔn)方程計算輸出，得到準(zhǔn)確的壓力信號。
[0003]由于壓力傳感器工作溫區(qū)比較寬，通過在一個校準(zhǔn)方程無法滿足對壓力傳感器的全溫區(qū)高精度測量，無法達(dá)到壓力傳感器在全溫區(qū)內(nèi)的高精度測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種數(shù)字壓力傳感器和獲取數(shù)字壓力信號的方法，以提高數(shù)字壓力傳感器的壓力輸出精度。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一方面，本發(fā)明提供了一種數(shù)字壓力傳感器，包括壓力MEMS芯片和溫度傳感器，所述壓力MEMS芯片和所述溫度傳感器通過多路轉(zhuǎn)換器順次連接放大器、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、存儲器；
[0007]所述存儲器中存儲有多個測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程，每個測試溫區(qū)對應(yīng)所述壓力MEMS芯片工作溫區(qū)中的一個子溫區(qū)，所述校準(zhǔn)方程是關(guān)于溫度和壓力的二元方程；
[0008]所述溫度傳感器將感應(yīng)到的當(dāng)前環(huán)境溫度以及所述壓力MEMS芯片將感應(yīng)到的當(dāng)前原始壓力信號依次通過所述多路轉(zhuǎn)換器、所述放大器和所述ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器后分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度信號和原始數(shù)字壓力信號，發(fā)送到所述數(shù)字信號處理器；
[0009]所述數(shù)字信號處理器根據(jù)所述數(shù)字溫度信號在所述儲存器中選擇相應(yīng)的測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程，并根據(jù)選擇的校準(zhǔn)方程對所述原始數(shù)字壓力信號進(jìn)行壓力校準(zhǔn)，獲得校準(zhǔn)后的數(shù)字壓力信號。
[0010]優(yōu)選地，所述存儲器中每個測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程通過下述方式獲得:
[0011]建立該測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程模型，所述校準(zhǔn)方程模型包括待求解的校準(zhǔn)系數(shù)；
[0012]在每個測試溫區(qū)內(nèi)選取若干組校準(zhǔn)點(diǎn)，校準(zhǔn)點(diǎn)的組數(shù)等于或者多于該測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程模型中待求解的校準(zhǔn)系數(shù)的個數(shù)，將每組校準(zhǔn)點(diǎn)的測試溫度和測試壓力代入所述校準(zhǔn)方程模型中；
[0013]根據(jù)最小二乘法求解該校準(zhǔn)方程模型中的校準(zhǔn)系數(shù)，獲得該測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程。
[0014]優(yōu)選地，所述每個測試溫區(qū)采用相同形式的校準(zhǔn)方程模型，或者，采用不相同形式的校準(zhǔn)方程模型。
[0015]優(yōu)選地，選取的所述若干組校準(zhǔn)點(diǎn)分布在每個測試溫區(qū)的兩端處和中間處；
[0016]或者，選取的所述若干組校準(zhǔn)點(diǎn)均勻分布在每個測試溫區(qū)內(nèi)。
[0017]優(yōu)選地，所述數(shù)字壓力傳感器還包括壓力顯示單元；
[0018]所述壓力顯示單元，用于將所述數(shù)字信號處理器獲得的校準(zhǔn)后的數(shù)字壓力信號進(jìn)行顯示輸出。
[0019]另一方面，本發(fā)明提供了一種獲取數(shù)字壓力信號的方法，所述方法包括:
[0020]在存儲器中存儲多個測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程，每個測試溫區(qū)對應(yīng)壓力MEMS芯片工作溫區(qū)中的一個子溫區(qū)，所述校準(zhǔn)方程是關(guān)于溫度和壓力的二元方程；
[0021]將溫度傳感器感應(yīng)到的當(dāng)前環(huán)境溫度以及所述壓力MEMS芯片感應(yīng)到的當(dāng)前原始壓力信號分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度信號和原始數(shù)字壓力信號；
[0022]根據(jù)所述數(shù)字溫度信號在所述存儲器中選擇相應(yīng)的測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程；
[0023]根據(jù)選擇的校準(zhǔn)方程對所述原始數(shù)字壓力信號進(jìn)行壓力校準(zhǔn)，獲得校準(zhǔn)后的數(shù)字壓力信號。
[0024]優(yōu)選地，在存儲器中存儲多個測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程前，所述方法還包括:
[0025]將所述壓力MEMS芯片的工作溫區(qū)分隔成多個測試溫區(qū)；
[0026]建立每個測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程模型，所述校準(zhǔn)方程模型包括待求解的校準(zhǔn)系數(shù)；
[0027]在每個測試溫區(qū)內(nèi)選取若干組校準(zhǔn)點(diǎn)，校準(zhǔn)點(diǎn)的組數(shù)等于或者多于該測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程模型中待求解的校準(zhǔn)系數(shù)的個數(shù)，將每組校準(zhǔn)點(diǎn)的測試溫度和測試壓力代入所述校準(zhǔn)方程模型中；
[0028]根據(jù)最小二乘法求解該校準(zhǔn)方程模型中的校準(zhǔn)系數(shù)，獲得該測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程。
[0029]優(yōu)選地，所述每個測試溫區(qū)采用相同形式的校準(zhǔn)方程模型，或者，采用不相同形式的校準(zhǔn)方程模型。
[0030]優(yōu)選地，所述多組校準(zhǔn)點(diǎn)分布在每個測試溫區(qū)的兩端處和中間處；
[0031]或者，所述多組校準(zhǔn)點(diǎn)均勻分布在每個測試溫區(qū)內(nèi)。
[0032]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0033]將所述校準(zhǔn)后的數(shù)字壓力信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，并將所述轉(zhuǎn)換處理結(jié)果進(jìn)行顯示。
[0034]本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是:本發(fā)明公開了一種數(shù)字壓力傳感器和獲取數(shù)字壓力信號的方法，所述數(shù)字壓力傳感器的存儲器中存儲多個測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程，在使用時，可以根據(jù)該數(shù)字壓力傳感器的溫度傳感器感應(yīng)到的當(dāng)前環(huán)境溫度在存儲器中選擇相應(yīng)的校準(zhǔn)方程，對該數(shù)字壓力傳感器的壓力MEMS芯片感應(yīng)到的原始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)，輸出校準(zhǔn)后的數(shù)字壓力信號，從而保證數(shù)字壓力傳感器在其全工作溫區(qū)內(nèi)的壓力輸出具有較高的精度。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種數(shù)字壓力傳感器組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種獲取數(shù)字壓力信號的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]本發(fā)明的整體設(shè)計思想是:在數(shù)字壓力傳感器的存儲器多個測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程，其中每個測試溫區(qū)對應(yīng)為該數(shù)字壓力使用溫區(qū)的一個子溫區(qū)，使用時通過數(shù)字壓力傳感器的溫度傳感器感應(yīng)到的當(dāng)前環(huán)境溫度在存儲器中選擇相應(yīng)的校準(zhǔn)方程，利用此校準(zhǔn)方程對數(shù)字壓力傳感器中壓力MEMS感應(yīng)到的當(dāng)前原始壓力信號進(jìn)行壓力校準(zhǔn)，獲得校準(zhǔn)后的數(shù)字壓力信號。
[0038]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)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0039]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的數(shù)字壓力傳感器組成結(jié)構(gòu)示意圖，該數(shù)字壓力傳感器包括壓力MEMS芯片和溫度傳感器，壓力MEMS芯片和溫度傳感器通過多路轉(zhuǎn)換器順次連接放大器、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、存儲器。
[0040]存儲器中存儲有多個測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程，每個測試溫區(qū)對應(yīng)壓力MEMS芯片工作溫區(qū)中的一個子溫區(qū)，其中校準(zhǔn)方程是關(guān)于溫度和壓力的二元方程。
[0041]溫度傳感器將感應(yīng)到的當(dāng)前環(huán)境溫度以及壓力MEMS芯片將感應(yīng)到的當(dāng)前原始壓力信號依次通過多路轉(zhuǎn)換器、放大器和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器后分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度信號和原始數(shù)字壓力信號，發(fā)送到數(shù)字信號處理器。
[0042]數(shù)字信號處理器根據(jù)數(shù)字溫度信號在儲存器中選擇相應(yīng)的測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程，并根據(jù)選擇的校準(zhǔn)方程對原始數(shù)字壓力信號進(jìn)行壓力校準(zhǔn)，獲得校準(zhǔn)后的數(shù)字壓力信號。
[0043]本實(shí)施例通過在數(shù)字壓力傳感器的存儲器中存儲多個測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程，在使用時，可以根據(jù)該數(shù)字壓力傳感器的溫度傳感器感應(yīng)到的當(dāng)前環(huán)境溫度在存儲器中選擇相應(yīng)的校準(zhǔn)方程，對該數(shù)字壓力傳感器的壓力MEMS芯片感應(yīng)到的原始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)，從而輸出高精度的數(shù)字壓力信號。
[0044]本發(fā)明通過一個具體實(shí)施例說明獲得數(shù)字壓力傳感器的存儲器中存儲的校準(zhǔn)方程方式，具體如下:
[0045]建立每一個測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程模型，校準(zhǔn)方程模型包括待求解的校準(zhǔn)系數(shù)；
[0046]在每個測試溫區(qū)內(nèi)選取若干組校準(zhǔn)點(diǎn)，校準(zhǔn)點(diǎn)的組數(shù)等于或者多于該測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程模型中待求解的校準(zhǔn)系數(shù)的個數(shù)，將每組校準(zhǔn)點(diǎn)的測試溫度和測試壓力代入校準(zhǔn)方程模型中；
[0047]根據(jù)最小二乘法求解該校準(zhǔn)方程模型中的校準(zhǔn)系數(shù)，獲得該測試溫區(qū)的校準(zhǔn)方程。
[0048]其中，上述的校準(zhǔn)點(diǎn)是指從該數(shù)字壓力傳感器的溫度傳感器在各個設(shè)定溫度點(diǎn)以及該數(shù)字壓力傳感器的壓力MEMS芯片在各個設(shè)定壓力點(diǎn)的情況下，獲得的測試溫度和測試壓力。
[0049]需要說明的是，為便于提高校準(zhǔn)精度，本實(shí)施例優(yōu)選地使選取的若干組校準(zhǔn)點(diǎn)分布在每個測試溫區(qū)的兩端處和中間處；或者，選取的若干組校準(zhǔn)點(diǎn)均勻分布在每個測試溫區(qū)內(nèi)。
[0050]進(jìn)一步需要說明的是，本實(shí)施例為了便于通過最小二乘法求解校準(zhǔn)方程模型中的校準(zhǔn)系數(shù)，選取了等于或多于校準(zhǔn)系統(tǒng)個數(shù)的校準(zhǔn)點(diǎn)組數(shù)，顯然，若通過其他手段求解校準(zhǔn)方程模型，也可適應(yīng)地改變選取校準(zhǔn)點(diǎn)的方式和組數(shù)。
[0051]在實(shí)際應(yīng)用中，上述每個測試溫區(qū)可以采用相同形式的校準(zhǔn)方程模型，例如，每個校準(zhǔn)方程模組都為二階的校