一种压感信号分析装置及分析方法与流程

本发明属于压力传感器的技术领域，特别涉及压力传感器的压感信号分析装置及方法。

背景技术：

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

传统压力传感器噪声的分析都是在时域分析，可以通过平均或者其他方法降低噪声，但是降低噪声的同时并不会提高信噪比。但是在信噪比低的情况下，从时域角度并没有很好的方法，降低噪声，提高信噪比。本方案设计打点机器以及芯片信号采集方法，从频域角度分析，通过fft算法分析信号频谱图。分析在不同按压状况下的频谱特性，通过滤波算法处理信号。

如专利申请201710519826.2公开了一种冲击波超压信号调理系统，包括压力传感器、微弱信号放大模块和adc信号调理模块；所述压力传感器，用以获取冲击波超压信号，冲击波超压信号作用于压力传感器上后，压力传感器产生相应的电荷；所述微弱信号放大模块，用以获取压力传感器产生的电荷信号，将电荷信号变成电压信号，且可通过软件编程实现不同的放大倍数；所述adc信号调理模块，用以将微弱信号放大模块输出的正负电压信号转变为波形不变的正电压信号，并滤除其高频分量，减小噪声干扰；本发明的冲击波超压信号调理系统使得传感器元件和信号调理电路整体体积缩小到几毫米量级，提高信噪比的同时给测试技术带来极大地方便和应用空间。

该专利申请采用了压力传感器提高信噪比，但是该申请并未对压力传感器的信号进行频域分析，且通过信号放大模块后还需要通过软件再次进行信号放大，控制过程复杂，不能快速采集压力传感器信号，无法为人们提供频谱分析。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种压感信号分析装置及分析方法，该装置及方法能够操作简单，能够快速采集数据，而且能够从频域分析压感信号的噪声频谱图。

本发明的另一个目的在于提供一种压感信号分析装置及分析方法，该装置及方法通过简易的压力按压打点装置，可以输出不同压力大小，通过滤波算法处理数据，过滤噪声，提高信噪比。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种压感信号分析装置，其特征在于该装置包括有打点装置、压力传感器、adc采样电路、mcu及上位机，所述压力传感器设置在打点装置上，adc采样电路电连接于压力传感器，通过打点装置对压力传感器施加不同压力信号，adc采样电路对压力传感器进行采样，获取压力传感器的数据，并将数据通过mcu传输给上位机，上位机对数据进行压力传感器的时域和频域分析、处理。

进一步，所述打点装置包括有底座、支架、滑动支架、砝码托盘及砝码，所述底座上表面设置有压力传感器，且底座向上支撑有支架，所述支架上设置有滑动支架，所述滑动支架支撑有砝码托盘，所述砝码设置在砝码托盘上。

更进一步，所述砝码具有若干个，每个砝码重量不用，可以通过砝码大小不同设计不同的压力大小。

更进一步，所述滑动支架具有滑动部和支撑部，所述支撑部中间具有穿孔；所述砝码托盘的下部具有伸出的打点件，所述打点件穿过支撑部，与压力传感器对应，以对压力传感器施加压力。

更进一步，所述砝码托盘的上部设置有向上伸出的穿套部，所述砝码为环状，套设在穿套部上，以避免砝码脱落。

所述压力传感器设置在底座上表面的中部。

一种压感信号分析方法，其特征在于该方法将压力传感器设置在打点装置上，通过打点装置对压力传感器输入压力，然后通过adc采样电路对压力传感器的数据进行采集，并传输给上位机，由上位机进行信号频谱分析，并进行数据处理。

进一步，所述采集数据步骤为：

101、开启adc采样电路，

102、开启定时器，

103、判断采样电路的时间间隔设置是否大于等于1ms；是则对压力传感器数据进行采集，否则返回；

104、mcu发送数据给上位机；

105、判断定时器的定时时间是否大于采样时间(采样时间通常是2s)，如果是则采样结束，如果否则返回103步骤继续采样。

进一步，所述数据采集后进行信号频谱分析：采样后的数据频率默认1000hz，根据奈奎斯特采样定理，采样的数据频谱在0-500hz之间，将数据存在excel文件press_1.xlsx中，然后读取数据，输出时域图，同时对数据做快速傅里叶变换(fft)，输出频域图，频率在2-500hz之间。

进一步，所述数据处理包括：输入不同砝码重量时打点装置按压的频谱图，对比没有按压只有噪声的频谱图：当噪声的频谱幅值集中于高频，信号的频谱幅值集中于低频，使用matlab对数据做低通滤波算法处理；当噪声的频谱幅值集中于低频，信号的频谱幅值集中于高频，使用matlab对数据做高通滤波算法处理。

这样，通过数据处理之后的波形，信噪比更高，噪声更小，便于后续处理。

更进一步，所述方法，还可包括有按压识别，传感器按压数据频谱不同于噪声频谱，通过判断赋值聚集频率可以识别是否有按压数据。

本发明的主要优点是：

1、操作简单，能够快速采集数据。

2、从频域，分析压感信号的噪声频谱图。

同时，还看具有以下优点：

3、通过简易的压力按压打点装置，可以输出不同压力大小。

4、通过滤波算法处理数据，过滤噪声，提高信噪比。

5、更好的识别按压信号，区分噪声和按压信号频谱幅值集中位置不同，分析频谱识别按压信号。

6、整个装置造价便宜，实用性强，响应快速。

本发明应用于压感传感器噪声分析、消除，按压信号识别，也可以用于手机按键的信号识别。

附图说明

图1是本发明所实施的结构框图。

图2是本发明所实施打点装置的结构示意图。

图3是本发明所实施打点装置中砝码托盘的结构示意图。

图4是本发明所实施数据采集的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1所示，为本发明所实现的结构框图，图中所示，本发明所实现的压感信号分析装置，其特征在于该装置包括有打点装置、压力传感器、adc采样电路、mcu及上位机，所述压力传感器设置在打点装置上，adc采样电路电连接于压力传感器，通过打点装置对压力传感器施加不同压力信号，adc采样电路对压力传感器进行采样，获取压力传感器的数据，并将数据通过mcu传输给上位机，上位机对数据进行压力传感器的时域和频域分析、处理。

结合图2所示，所述打点装置包括有底座1、支架3、滑动支架4、砝码托盘5及砝码6，其中，底座1上表面的中部设置有压力传感器2，且底座2向上支撑有支架3。所述支架3固定在底座1上，支架3上设置有能够沿着支架3上下移动的滑动支架4，所述滑动支架4支撑有砝码托盘5，所述砝码6设置在砝码托盘5上。

通常情况下，所述砝码6具有若干个，每个砝码6重量不用，可以通过砝码大小不同设计不同的压力大小。

所述滑动支架4具有滑动部41和支撑部42，滑动部41滑套于支架3上，且能够进行定位(所述定位即利用其它部件如螺栓将其固定在支架2的某一个位置)，所述支撑部42为环状结构，这样其中间就具有一个大的穿孔，可以容纳砝码托盘5的部分结构穿过该穿孔，以对压力传感器施压。

结合图3所示；所述砝码托盘5上部向上伸出有穿套部51，同时，所述砝码6也设计为环状结构，方便套设在穿套部51上，以避免砝码6脱落；砝码托盘5的下部具有伸出的打点件52，所述打点件52穿过支撑部42，与压力传感器2对应，以对压力传感器2施加压力。

由此，本发明所实现的压感信号分析方法，是将压力传感器设置在打点装置上，通过打点装置对压力传感器输入压力，然后通过adc采样电路对压力传感器的数据进行采集，并传输给上位机，由上位机进行信号频谱分析，并进行数据处理。

参照图4所示，具体的采集数据步骤为：

101、开启adc采样电路；

102、开启定时器；

103、判断采样电路的时间间隔设置是否大于等于1ms；是则对压力传感器数据进行采集，否则返回；

104、mcu发送数据给上位机；

105、判断定时器的定时时间是否大于采样时间2s，如果是则采样结束，如果否则返回103步骤继续采样。

数据采集后进行信号频谱分析：采样后的数据频率默认1000hz，根据奈奎斯特采样定理，采样的数据频谱在0-500hz之间，将数据存在excel文件press_1.xlsx中，然后读取数据，输出时域图，同时对数据做快速傅里叶变换(fft)，输出频域图，频率在2-500hz之间。

所述数据处理包括：输入不同砝码重量时打点装置按压的频谱图，对比没有按压只有噪声的频谱图：当噪声的频谱幅值集中于高频，信号的频谱幅值集中于低频，使用matlab对数据做低通滤波算法处理；当噪声的频谱幅值集中于低频，信号的频谱幅值集中于高频，使用matlab对数据做高通滤波算法处理。

这样，通过数据处理之后的波形，信噪比更高，噪声更小，便于后续处理。

上述方法还可包括有按压识别，传感器按压数据频谱不同于噪声频谱，通过判断赋值聚集频率可以识别是否有按压数据。

综上所述，本发明的优点是：

1、操作简单，能够快速采集数据。

2、从频域，分析压感信号的噪声频谱图。

3、通过简易的压力按压打点装置，可以输出不同压力大小。

4、通过滤波算法处理数据，过滤噪声，提高信噪比。

5、更好的识别按压信号，区分噪声和按压信号频谱幅值集中位置不同，分析频谱识别按压信号。

6、整个装置造价便宜，实用性强，响应快速。

本发明应用于压感传感器噪声分析、消除，按压信号识别，也可以用于手机按键的信号识别。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。