提高嵌入式壓力傳感器輸出精度的溫度壓力補(bǔ)償方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供一種提高嵌入式壓力傳感器輸出精度的溫度壓力補(bǔ)償方法，其特征是，采用傳感器信號(hào)處理芯片采集壓力傳感器的壓力信號(hào)及電橋阻值變化，將壓力輸出變?yōu)榛跍囟葔毫Φ亩囗?xiàng)表達(dá)式；然后通過(guò)上位機(jī)對(duì)不同溫度壓力進(jìn)行基于最小二乘法的多項(xiàng)式擬合，計(jì)算出多項(xiàng)表達(dá)式的系數(shù)。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)所述的提高嵌入式壓力傳感器輸出精度的溫度壓力補(bǔ)償方法，可以靈活地實(shí)現(xiàn)多個(gè)溫度點(diǎn)、多個(gè)壓力點(diǎn)的擬合計(jì)算，并且在實(shí)踐中，可以根據(jù)我們基于壓阻式壓力傳感器的經(jīng)驗(yàn)，有效地設(shè)置溫度點(diǎn)和壓力點(diǎn)以便獲取更加有效地?cái)M合。

Temperature and pressure compensation method for improving output precision of embedded pressure sensor

The invention provides a method to improve the temperature and pressure compensation method embedded pressure sensor output precision, and is characterized by pressure signal and bridge resistance change sensor signal processing chip pressure sensor, the pressure output becomes a number based on the temperature and pressure expressions; then through PC on different temperature and pressure of polynomial least squares fitting based on the calculated coefficient of multiple expressions. The temperature and pressure of embedded pressure sensor output to improve the precision of compensation with the method of the invention, you can achieve multiple point temperature, multiple pressure points fitting flexibly, and in practice, according to the US based on piezoresistive pressure sensor, effectively set the temperature and pressure in order to get more effective fit.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
提高嵌入式壓力傳感器輸出精度的溫度壓力補(bǔ)償方法
本專(zhuān)利技術(shù)涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)的傳感器
，特別是涉及一種壓阻式壓力傳感器的補(bǔ)償方法。
技術(shù)介紹
微電子機(jī)械系統(tǒng)又稱(chēng)MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)是目前大規(guī)模制造微型高性能器件，如壓力傳感器，加速度計(jì)等的先進(jìn)技術(shù)。MEMS壓力傳感器主要包括壓阻式壓力傳感器和電容式壓力傳感器。其中壓阻式壓力傳感器是應(yīng)用最廣的MEMS器件。壓阻式壓力傳感器依靠一層壓力膜來(lái)感應(yīng)外界介質(zhì)壓力。通過(guò)微細(xì)加工工藝，可以在壓力膜上制作壓阻元件，這些壓阻元件特點(diǎn)是其電阻值對(duì)于應(yīng)力非常敏感。當(dāng)施加外界壓力時(shí)，壓力膜就會(huì)發(fā)生形變并產(chǎn)生應(yīng)力，這些應(yīng)力傳導(dǎo)到壓阻元件上，會(huì)導(dǎo)致壓阻元件電阻值發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量電阻變化，就可以將外界的壓力變化轉(zhuǎn)變?yōu)榱穗娦盘?hào)輸出。我們通常采用的MEMS壓力傳感器在使用中有個(gè)非常顯著的局限性，也就是在不同的溫度下，壓力傳感器的靈敏度和線(xiàn)性都會(huì)有不同，這就導(dǎo)致在不同的溫度下，傳感器輸出誤差會(huì)不同，例如在常溫下0.1％FS的準(zhǔn)確度，在零下40度或者150度時(shí)，誤差會(huì)達(dá)到3％甚至跟高。所以我們?cè)賹?shí)際應(yīng)用中，會(huì)采用很多不同的方法來(lái)補(bǔ)償溫度和壓力，包括模擬的方法和數(shù)字的方法。模擬的補(bǔ)償方法，通常只能對(duì)溫度進(jìn)行有限的補(bǔ)償，所以補(bǔ)償效果非常有限；隨著集成電路的技術(shù)提高及成本的下降，目前大家已經(jīng)普遍采用具有數(shù)字補(bǔ)償功能的芯片來(lái)達(dá)到溫度壓力補(bǔ)償?shù)哪康摹５壳按蠖鄶?shù)字芯片的由于只能在有限的溫度對(duì)有限的壓力點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，大大限制了數(shù)字補(bǔ)償?shù)男Ч谝恍┬枰呔葔毫敵龅膱?chǎng)合，不能滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。專(zhuān)利
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種提高嵌入式壓力傳感器輸出精度的溫度壓力補(bǔ)償方法。為了解決上述問(wèn)題本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案是這樣的：提高嵌入式壓力傳感器輸出精度的溫度壓力補(bǔ)償方法，提高嵌入式壓力傳感器輸出精度的溫度壓力補(bǔ)償方法，其特征是，采用傳感器信號(hào)處理芯片采集壓力傳感器的壓力信號(hào)及電橋阻值變化，將壓力輸出變?yōu)榛跍囟葔毫Φ亩囗?xiàng)表達(dá)式；然后通過(guò)上位機(jī)對(duì)不同溫度壓力進(jìn)行基于最小二乘法的多項(xiàng)式擬合，計(jì)算出多項(xiàng)表達(dá)式的系數(shù)；基于溫度壓力的多項(xiàng)表達(dá)式如下：Pressure：施加的實(shí)際壓力值，Kij多項(xiàng)表達(dá)式的系數(shù)，Xi傳感器信號(hào)處理芯片中PADC壓力模數(shù)寄存器的數(shù)值，該數(shù)值對(duì)應(yīng)硅壓阻電橋輸出電壓的采樣值，Yj傳感器信號(hào)處理芯片中TADC溫度模數(shù)寄存器的數(shù)值，該數(shù)值對(duì)應(yīng)溫度輸出的采樣值，i、j是分別是參數(shù)X、Y的階數(shù),Kij為對(duì)應(yīng)項(xiàng)的系數(shù)。對(duì)采集的各數(shù)據(jù)(實(shí)施例附表)進(jìn)行曲面擬合，采用最小二乘法計(jì)算出所有數(shù)據(jù)的最小總誤差，從而可以求出該多項(xiàng)式的各系數(shù)Kij。有益效果，本專(zhuān)利技術(shù)所述的提高嵌入式壓力傳感器輸出精度的溫度壓力補(bǔ)償方法，可以靈活地實(shí)現(xiàn)多個(gè)溫度點(diǎn)、多個(gè)壓力點(diǎn)的擬合計(jì)算，并且在實(shí)踐中，可以根據(jù)我們基于壓阻式壓力傳感器的經(jīng)驗(yàn)，有效地設(shè)置溫度點(diǎn)和壓力點(diǎn)以便獲取更加有效地?cái)M合。同時(shí)，通過(guò)嵌入式編程和處理，以及相關(guān)的外圍電路，我們還可以有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、清零等功能。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)；圖1為本專(zhuān)利技術(shù)所述的硅壓阻電橋的連接電路示意圖。圖2為為電橋輸出和PGA900芯片的連接方式示意圖。圖3為本專(zhuān)利技術(shù)所述的基于PGA900的壓力傳感器電路原理圖。具體實(shí)施方式為了使本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本專(zhuān)利技術(shù)。參看圖1、圖2和圖3，圖1所示為硅壓阻電橋示意，端腳1和3之間施加設(shè)定電壓給電橋供電，端腳3和4為硅壓阻電橋的電壓信號(hào)輸出(對(duì)應(yīng)于壓力的變化)；圖2所示為電橋輸出和PGA900芯片的連接方式。圖3是基于PGA900芯片的電路組成，主要功能是實(shí)現(xiàn)從電橋采樣輸出電壓值，以及圖1中R10兩端的電壓(對(duì)應(yīng)于電橋的溫度變化)，經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部的采樣，多項(xiàng)式計(jì)算，再經(jīng)過(guò)數(shù)模變換輸出對(duì)應(yīng)施加壓力的電壓值。以零下10度到50度的溫度壓力補(bǔ)償為例(壓力量程0～2000kPaG),記錄如下表格：其中PADC(輸出壓力的采樣值)、TADC(對(duì)應(yīng)溫度的采樣值)、DAC_Correction(對(duì)應(yīng)理論電壓輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)化器DAC的數(shù)值)在上位機(jī)(PC)中，根據(jù)以上記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算出各多項(xiàng)式系數(shù)Kij，然后寫(xiě)入PGA900芯片中的EEPROM。PGA900芯片為德州儀器最新的PGA900傳感器信號(hào)處理芯片。MCU實(shí)時(shí)采集PADC和TADC的數(shù)據(jù)，利用該系列參數(shù)，通過(guò)多項(xiàng)式計(jì)算出該壓力值存入DAC寄存器驅(qū)動(dòng)模擬輸出或直接數(shù)字輸出。對(duì)于大溫度范圍(比如零下55度到150度范圍)，通常的3階擬合不能滿(mǎn)足特定精度的要求，我們還采取了分段擬合的方法，以提高擬合精度，同時(shí)也能減少計(jì)算量，提高響應(yīng)頻率。如果響應(yīng)時(shí)間要求不高，也可以采用更高階的多項(xiàng)式擬合。以上顯示和描述了本專(zhuān)利技術(shù)的基本原理、主要特征和本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本專(zhuān)利技術(shù)不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)的原理，在不脫離本專(zhuān)利技術(shù)精神和范圍的前提下本專(zhuān)利技術(shù)還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本專(zhuān)利技術(shù)范圍內(nèi)。本專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利要求保護(hù)的范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
提高嵌入式壓力傳感器輸出精度的溫度壓力補(bǔ)償方法，其特征是，采用傳感器信號(hào)處理芯片采集壓力傳感器的壓力信號(hào)及電橋阻值變化，將壓力輸出變?yōu)榛跍囟葔毫Φ亩囗?xiàng)表達(dá)式；然后通過(guò)上位機(jī)對(duì)不同溫度壓力進(jìn)行基于最小二乘法的多項(xiàng)式擬合，計(jì)算出多項(xiàng)表達(dá)式的系數(shù)；基于溫度壓力的多項(xiàng)表達(dá)式如下：

【技術(shù)特征摘要】
1.提高嵌入式壓力傳感器輸出精度的溫度壓力補(bǔ)償方法，其特征是，采用傳感器信號(hào)處理芯片采集壓力傳感器的壓力信號(hào)及電橋阻值變化，將壓力輸出變?yōu)榛跍囟葔毫Φ亩囗?xiàng)表達(dá)式；然后通過(guò)上位機(jī)對(duì)不同溫度壓力進(jìn)行基于最小二乘法的多項(xiàng)式擬合，計(jì)算出多項(xiàng)表達(dá)式的系數(shù)；基于溫度壓力的多項(xiàng)表達(dá)式如下：Pressure：施加的實(shí)際壓力值，Kij：多項(xiàng)表達(dá)式的系數(shù)，Xi：傳感器信號(hào)處理芯片中PADC壓力模數(shù)寄存器的數(shù)值，Yj：傳感器信號(hào)處理芯片中...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈曉懿，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：慧石上海測(cè)控科技有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海,31