一种传感器自动增益及零点校准的系统的制作方法

本发明涉及传感器，具体涉及一种传感器自动增益及零点校准的系统。

背景技术：

1、在呼吸机和麻醉机中，各种传感器-如压力传感器、流量传感器等，有非常重要的作用和地位。通过传感器对气体和液体的压力、流量、温度等信号进行前端采集，经过后级电路，对采集的原始信息做放大调理后，输出给a/d转换器进行a/d转换，处理器根据得到的数字信号进行运算得到压力、流量和温度等信息。

2、通常，传感器采集到的电压或者电流信号非常微弱，而在对它进行放大处理时，放大倍数过小达不到采样精度的要求，放大倍数过大信号有可能削顶失真。目前的呼吸机和麻醉机产品中，大多都是根据传感器的固有参数，设置固定的增益倍数与校准参数。特别是在一些特定的模式应用中，如呼吸机婴幼儿模式，对潮气量、气道压力等监测要求非常高，可能会存在增益倍数不够，导致最终的运算数据分辨率不够高的情形。同时，一些传感器的零点会随着使用的年限出现比较大的偏移，采集到的数据也会存在失真问题。这些都可能会导致实际应用中，监测参数不够精确甚至误差过大的问题。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是：提供一种可以对传感器进行自动增益和校准零点的系统。

2、根据第一方面，一种实施例中提供一种传感器自动增益及零点校准的系统，包括：

3、一个或多个传感器，用于对模拟量进行采样以生成模拟电压；

4、运算放大模块，连接于所述传感器，用于对所述模拟电压进行放大；

5、模数转换模块，连接于所述运算放大模块，用于将放大后的模拟电压转换为数字电压；

6、控制模块，连接于所述模数转换模块，用于获取所述数字电压；

7、可变增益控制模块，所述可变增益控制模块的输入端连接于所述控制模块，所述可变增益控制模块的输出端连接于所述运算放大模块，以控制所述运算放大模块实现对传感器的自动增益；

8、可变校零控制模块，所述可变校零控制模块的输入端连接于所述控制模块，所述可变校零控制模块的输出端连接于所述运算放大模块，以控制所述运算放大模块实现对传感器的零点校准。

9、一种实施例中，所述运算放大模块根据所述传感器输出的最小的模拟电压，确定所述最小的模拟电压对应的第一数字电压；所述控制模块将所述第一数字电压与第一设定电压进行比较，以确定第一误差电压，当所述第一误差电压超过设定误差电压时，控制可变校零控制模块的输出，以调整所述运算放大模块的初始偏置电压；

10、所述运算放大模块按照所述初始偏置电压进行工作，并根据所述传感器输出的最大的模拟电压，确定所述最大的模拟电压对应的第二数字电压；所述控制模块将所述第二数字电压与第二设定电压进行比较，以确定第二误差电压，当所述第二误差电压超过设定误差电压时，控制可变增益控制模块的输出，以调整所述运算放大模块的初始增益；

11、所述控制模块根据所述运算放大模块的初始偏置电压和初始增益实现对传感器的自动增益及零点校准。

12、一种实施例中，所述控制模块根据所述运算放大模块的初始偏置电压和初始增益实现对传感器的自动增益及零点校准，包括：

13、所述运算放大模块按照所述初始偏置电压和所述初始增益工作，并根据所述传感器输出的最小的模拟电压对所述第一数字电压进行更新；所述控制模块根据所述更新后的第一数字电压对第一误差电压进行更新，当所述更新后的第一误差电压超过设定误差电压时，控制可变校零控制模块的输出，以对所述初始偏置电压进行更新；

14、所述运算放大模块按照所述更新后的初始偏置电压和所述初始增益工作，并根据所述传感器输出的最大的模拟电压对所述第二数字电压进行更新；根据更新后的第二数字电压对第二误差电压进行更新，当所述更新后的第二误差电压超过设定误差电压时，控制可变增益控制模块的输出，以对所述初始增益进行更新；

15、所述运算放大模块按照更新后的初始偏置电压和初始增益工作，直至所述第一误差电压和第二误差电压均不超过设定误差电压，以完成对传感器的自动增益及零点校准。

16、一种实施例中，所述运算放大模块包括仪器放大器和低通滤波器；

17、所述仪器放大器的采样电压输入端连接所述传感器，以获取传感器输出的模拟电压；

18、所述仪器放大器的配置电阻输入端连接所述可变增益控制模块，以调整所述运算放大模块的增益；

19、所述仪器放大器的参考电压输入端连接所述可变校零控制模块，以调整所述运算放大模块的零点；

20、所述仪器放大器的输出端连接所述低通滤波器，以对放大的模拟电压进行滤波。

21、一种实施例中，所述低通滤波器包括电阻r25、电阻r26、电阻r30、电阻r38、电阻r39、电容c22、电容c23和放大器u4-c；

22、所述电阻r26的第一端连接所述仪器放大器的输出端，所述电阻r26的第二端连接所述电阻r30的第一端，所述电阻r30的第二端连接所述放大器u4-c的同相输入端，所述放大器u4-c的反相输入端连接电阻r39的第一端，所述电阻r39的第二端接地，所述放大器u4-c的输出端连接所述电阻r25的第一端，所述电阻r25的第二端用于连接所述模数转换模块；所述放大器u4-c的输出端还连接所述电阻r38的第一端，所述电阻r38的第二端连接所述电阻r39的第一端；所述电容c22的第一端连接所述电阻r26的第二端，所述电容c22的第二端连接所述放大器u4-c的输出端；所述电容c23的第一端连接所述电阻r30的第二端，所述电容c23的第二端接地。

23、一种实施例中，所述可变校零控制模块包括数模转换模块、电阻r1、电阻r2、电容c1和电压跟随器u4-d；

24、所述数模转换模块的输入端用于连接所述控制模块，所述数模转换模块的输出端连接所述电阻r1的第一端，所述电阻r1的第二端连接所述电容c1的第一端，所述电容c1的第二端接地；所述电阻r2的第一端连接所述电阻r1的第二端，所述电阻r2的第二端接地；所述电阻r1的第二端连接所述电压跟随器u4-d的同相输入端，所述电压跟随器u4-d的反相输入端连接所述电压跟随器u4-d的输出端，所述电压跟随器u4-d的输出端用于连接所述运算放大模块。

25、一种实施例中，所述数模转换模块为所述控制模块内的数模转换器。

26、一种实施例中，所述可变增益控制模块包括模拟电阻开关、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8；

27、所述电阻r5的第一端用于连接所述控制模块，所述电阻r5的第二端连接所述模拟电阻开关的第一输入端；所述电阻r6的第一端用于连接所述控制模块，所述电阻r6的第二端连接所述模拟电阻开关的第二输入端；所述电阻r7的第一端用于连接所述控制模块，所述电阻r7的第二端连接所述模拟电阻开关的第三输入端；所述电阻r8的第一端用于连接所述控制模块，所述电阻r8的第二端连接所述模拟电阻开关的第四输入端；所述模拟电阻开关的使能端用于连接所述控制模块，所述模拟电阻开关的输出端用于连接所述运算放大模块。

28、一种实施例中，所述系统还包括阀门，所述控制模块连接所述阀门，所述控制模块控制所述阀门以控制所述传感器输出的模拟电压。

29、一种实施例中，所述模拟转换模块为所述控制模块内的模拟转换器。

30、根据上述实施例的一种传感器自动增益及零点校准的系统，该系统包括一个或多个传感器、运算放大模块、模数转换模块、控制模块、可变增益控制模块和可变校零控制模块。可变增益控制模块的输入端连接于控制模块，可变增益控制模块的输出端连接于运算放大模块，以控制运算放大模块实现对传感器的自动增益。可变校零控制模块的输入端连接于控制模块，可变校零控制模块的输出端连接于运算放大模块，以控制运算放大模块实现对传感器的零点校准。本技术控制模块通过对采集到的模拟电压进行可变增益的放大，再设置一个可控制的偏置电压对传感器进行校零。利用这两种措施提高了获取到的传感器数据的有效性和准确性，也满足了控制模块对信号处理的需求。