数字石英晶体温度传感器及温度检测方法与流程

本发明涉及温度测量，尤其涉及一种数字石英晶体温度传感器及温度检测方法。

背景技术：

1、温度传感器是一种非常重要的热学量温度传感器，其在日常生活与工业生产中起着举足轻重的作用。根据工作原理与物理机制的不同，温度传感器可以分为热电偶温度传感器、热电阻温度传感器、pn结温度传感器和石英晶体温度传感器。热电偶、热电阻和pn结温度传感器等传统温度传感器存在非线性度高、灵敏度低、长期稳定性差和自身功耗大等问题，并且在强磁场干扰作用下，传统温度传感器的灵敏度会严重降低，甚至出现无法工作的现象。石英晶体的谐振频率会随环境温度的变化而产生偏移，利用该物理机制，可以设计石英晶体温度传感器。在众多温度传感器中，只有石英晶体温度传感器是根据频率信号计算出环境温度值，并且石英晶体具有良好的压电特性、高品质因数和对强磁场的抗干扰性等特点，因此，石英晶体温度传感器具有高精度、高分辨率、重复性好、长期稳定性好和低功耗等优点。

2、目前，石英晶体温度传感器通常以模拟电路方式实现石英晶体的驱动，然后再通过计频电路测量石英闭环振荡电路的频率输出信号，石英晶体闭环振荡电路采用自激振荡驱动方案实现对石英晶体谐振频率的跟踪，以使得石英谐振器能够在其谐振频率点振荡。然而，石英谐振器之间参数存在差异，模拟分立器件参数之间也有差异，因此，闭环振荡电路无法保证石英谐振器在其谐振频率点处振荡，驱动信号的频率与谐振频率会存在一定的频差，无法保证温度测量结果的准确性。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种数字石英晶体温度传感器及温度检测方法。

2、本发明提供一种数字石英晶体温度传感器，包括：石英谐振器、信号放大电路和控制器；

3、所述信号放大电路分别与所述石英谐振器和所述控制器连接，用于将所述石英谐振器输出的响应信号进行信号转换后传输至所述控制器；

4、所述控制器包括依次连接的模数转换模块、数据处理模块、振荡电路和数模转换模块；所述模数转换模块与所述信号放大电路连接，所述数模转换模块与所述石英谐振器连接；

5、所述振荡电路用于输出驱动信号至所述数模转换模块和所述数据处理模块；其中，所述驱动信号用于驱动所述石英谐振器；

6、所述数据处理模块用于基于所述驱动信号对所述响应信号进行解调处理，得到所述响应信号的解调信号，并基于所述解调信号对所述响应信号进行补偿，得到补偿后的所述响应信号；还用于基于补偿后的所述响应信号确定所述驱动信号的目标频率，并输出至所述振荡电路，所述目标频率用于所述振荡电路对所述驱动信号进行频率调节；还用于基于所述目标频率确定所述石英谐振器所处环境的温度检测值。

7、根据本发明提供的数字石英晶体温度传感器，所述驱动信号包括正弦信号和余弦信号，所述正弦信号的频率与所述余弦信号的频率相同；

8、所述振荡电路用于输出所述正弦信号至所述数模转换模块，并输出所述正弦信号和所述余弦信号至所述数据处理模块；

9、所述数据处理模块用于基于所述正弦信号和所述余弦信号分别对所述响应信号进行同相解调和正交解调，得到所述响应信号的第一同相分量和第一正交分量，并基于所述第一同相分量和所述第一正交分量确定补偿后的所述响应信号。

10、根据本发明提供的数字石英晶体温度传感器，所述数据处理模块具体用于：

11、基于预设的补偿相位角对所述第一同相分量和所述第一正交分量进行相位角补偿，得到所述响应信号的第二同相分量和第二正交分量；

12、基于预设的正交分量补偿系数对所述第二正交分量进行补偿，得到第三正交分量；

13、其中，所述第二同相分量和所述第三正交分量用于表征补偿后的所述响应信号。

14、根据本发明提供的数字石英晶体温度传感器，所述数据处理模块具体用于：

15、将所述第一同相分量、所述第一正交分量和所述补偿相位角输入至预设的同相补偿模型，得到所述第二同相分量；其中，所述同相补偿模型用于表征所述第二同相分量与所述第一同相分量、所述第一正交分量和所述补偿相位角之间的第一对应关系；

16、将所述第一同相分量、所述第一正交分量和所述补偿相位角输入至预设的正交补偿模型，得到所述第二正交分量；其中，所述正交补偿模型用于表征所述第二正交分量与所述第一同相分量、所述第一正交分量和所述补偿相位角之间的第二对应关系。

17、根据本发明提供的数字石英晶体温度传感器，所述数据处理模块具体用于：

18、基于所述第二同相分量和所述第三正交分量确定补偿后的所述响应信号的相位；

19、基于补偿后的所述响应信号的相位与目标相位的相位差，确定所述驱动信号的目标频率。

20、根据本发明提供的数字石英晶体温度传感器，所述控制器还包括增益控制模块，所述增益控制模块的输入端分别与所述数据处理模块和所述振荡电路连接，所述增益控制模块的输出端与所述数模转换模块连接；

21、所述数据处理模块还用于基于补偿后的所述响应信号确定所述驱动信号的增益系数；

22、所述增益控制模块用于基于所述增益系数对所述正弦信号的幅值进行调节后输出至所述数模转换模块。

23、根据本发明提供的数字石英晶体温度传感器，所述数据处理模块具体用于：

24、基于所述第二同相分量和所述第三正交分量确定补偿后的所述响应信号的幅值；

25、基于补偿后的所述响应信号的幅值与目标幅值的幅值差，确定所述驱动信号的增益系数。

26、根据本发明提供的数字石英晶体温度传感器，所述数据处理模块具体用于：

27、基于所述石英谐振器的谐振频率与温度之间的预设对应关系，确定所述目标频率对应的温度，并作为所述石英谐振器所处环境的温度检测值。

28、本发明还提供一种温度检测方法，包括：

29、获取由振荡电路输出的驱动信号，以及由石英谐振器输出的响应信号；其中，所述驱动信号用于驱动所述石英谐振器；

30、基于所述驱动信号对所述响应信号进行解调处理，得到所述响应信号的解调信号，并基于所述解调信号对所述响应信号进行补偿，得到补偿后的所述响应信号；

31、基于补偿后的所述响应信号确定所述驱动信号的目标频率，所述目标频率用于所述振荡电路对所述驱动信号进行频率调节；

32、基于所述目标频率确定所述石英谐振器所处环境的温度检测值。

33、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的温度检测方法。

34、本发明提供的数字石英晶体温度传感器及温度检测方法中，数据处理模块将振荡电路输出的驱动信号作为参考信号对石英谐振器输出的响应信号进行解调处理，以得到响应信号的解调信号，并基于解调信号对响应信号进行补偿，得到补偿后的响应信号，以基于补偿后的响应信号确定驱动信号的目标频率，并输出至振荡电路，以便于振荡电路基于目标频率对驱动信号进行频率调节，使得在全温范围内石英谐振器的响应信号与驱动信号之间的相位差为0°，从而在全温范围内石英谐振器能够始终在其谐振频率处振荡，通过数字方式实现了石英谐振器的闭环驱动，进而在基于该目标频率确定石英谐振器所处环境的温度检测值时，实现了温度检测结果的准确性和可靠性的有效提高。