专利名称：基于二维正交函数的压力传感器温度和压力互补的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及压阻式压力传感器技术领域，具体涉及一种利用二维正交函数的最小二乘法的压阻式压力传感器的温度和压力互补的方法及装置。
背景技术：
目前在压阻式压力传感器的应用设计领域当中，在温度补偿算法方面，国内外的许多算法基本存在两种状况一种是利用传统的设计方法，预先依靠经验假设出补偿的方程，再通过多项式拟合或插值的方法进行计算，如曲线拟合法、分段线性插值法等，这类方法很容易导致“欠拟合”和“过拟合”现象的发生，病态方程的出现，从而使得适应性较低， 精度低；而另一种状况克服了先假设模型的缺点，如采用现在使用甚广的神经网络算法，先进行训练学习，获得大量的数据，然后再进行加权计算得出结果，这种利用资源来换取精度的方法，计算量很大，也难免降低其实时性。除外，当利用压阻式压力传感器压力和温度两测的特性时，只单单利用温度信号对压力信号进行补偿计算，其实，反之亦然，由于压力信号和温度信号时相互干扰的，因此此时也可用压力信号对温度信号进行补偿，从而同时可以获得测试环境的压力和温度两个准确数据，也为需要准确温度数据输出的应用系统提供了精度的保证和灵活的稳定性设计。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于二维正交函数的压力传感器温度和压力互补的方法及装置。本发明利用单个压阻式压力传感器具有两测特点，从中获得压力电压信号和温度电压信号，并巧妙的利用电流串联负反馈电路的特点设计出恒定电压输入转变为恒定电流输出的电路，大大简化了电路、提高了方法装置的灵活性和适用性，此外，根据函数逼近知识，提出了一种基于二维正交函数的最小二乘拟合算法模型，该模型不但克服了由于事先建立经验方程模型以及多项式次数升高可能带来的“欠拟合”和“过拟合”现象的缺点，而且还阐述了利用压力信号和温度信号进行相互补偿的方法，为检测压力和温度数据提供了可靠性强，鲁棒性高的算法。本发明通过如下技术方案实现。一种基于二维正交函数的压力传感器温度和压力互补的方法，包括如下步骤(1)建立模型在传统的最小二乘拟合中，都是根据经验假设出散乱数据点的函数模型，这就容易导致“欠拟合”和“过拟合”现象的发生，并且随着多项式次数的升高，容易出现病态方程模型，使得这种算法的可靠性和适应性都大大降低。除外，针对目前压阻式压力传感器实际测量压力时与环境温度之间相互的影响，提出一种基于二维正交函数的最小二乘法的互补模型，此模型能利用温度信号对传感器压力进行实时补偿，也能利用压力信号对传感器温度进行实时补偿的模型，方程如下
权利要求
1. 一种基于二维正交函数的压力传感器温度和压力互补的方法，其特征在于包括如下步骤(1)建立模型针对目前压阻式压力传感器实际测量压力时与环境温度之间相互的影响，建立一种基于二维正交函数的最小二乘法的互补模型，此模型能利用温度信号对传感器压力进行实时补偿，也能利用压力信号对传感器温度进行实时补偿的模型，模型方程如下
2.一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于包括压阻式压力传感器探头、MCU 平台、上位机，MCU平台包括单片机、仪表放大器、电流串联负反馈电路、EEprom, DA转换芯片以及串行通信芯片；所述压阻式压力传感器探头用来感应压力和温度的变化，仪表放大器采集压力和温度电压信号的变化并进行滤波放大处理，单片机对经滤波放大处理后的信号进行采样量化转换，单片机读取EEprom中由权利要求1所述方法求得的互补模型补偿系数并代入权利要求1步骤(1)提出的基于二维正交函数的方程模型计算出实时的压力值和温度值，并通过串行通信芯片与上位机保持基于RS485的实时通信，以及通过DA转换芯片把压力值转换成4mA 20mA的模拟电流信号，供远距离传输，DA转换芯片同时提供精准恒定电压给电流串联负反馈电路产生可调恒定电流，为压阻式压力传感器探头供电；所述的上位机进行基于二维正交函数的最小二乘拟合方法的温度和压力相互补偿系数的计算，再将得出的补偿系数利用串行通信方式传送给单片机，单片机再写入EEprom。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述电流串联负反馈电路由运算放大器和电阻电容构成，将DA转换芯片输出的精准电压作为此电路中运算放大器的恒定电压输入， 再根据电流串联负反馈具有恒定电压输入恒定电流输出的特点来产生一个可调恒电流源， 为压力传感器供电。
全文摘要
本发明公开了一种基于二维正交函数的压力传感器温度和压力互补的方法及装置。该方法首先建立二维正交函数互补模型，该互补模型可以实现对压力信号的温度补偿，反之也可利用压力信号对传感器温度进行实时的补偿，然后利用基于二维正交函数的最小二乘拟合算法计算出模型的补偿系数，之后便可对采样的数据代入模型进行补偿计算。所述装置包括压阻式压力传感器探头、MCU平台、上位机，MCU平台包括单片机、运算放大器、存储器、DA转换芯片以及串行通信芯片。本发明能有效的根据压力传感器特性，进行巧妙的电路设计，实现方法简单新颖，具有成本低、实时性好、鲁棒性高、精确度高的特点。
文档编号G01L1/18GK102353481SQ201110180399
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者曾宇森, 秦华标, 黄若浩 申请人:华南理工大学