一种压力传感器温度补偿系统的制作方法

本发明涉及传感器，具体为一种压力传感器温度补偿系统。

背景技术：

1、压力传感器是使用最为广泛的一种传感器，通常由压力敏感元件和信号处理单元组成，现广泛用于各行各业。由于压力传感器的压力检测和输出校正依赖于电阻，同时温度是影响电阻阻值的关键因素，因此温度补偿技术是压力传感器较为关键。

2、如中国专利公开号cn105628266a提供的“一种压力传感器的温度补偿系统及方法”，包括待补偿压力传感器和变送器；待补偿压力传感器为恒流源驱动式硅压阻式压力传感器；变送器包括恒流源、模拟补偿模块、模数转换模块和数字补偿模块；恒流源，其用于提供待补偿压力传感器的驱动电源；模拟补偿模块，其用于将待补偿压力传感器的输出电压进行转换，使转换输出电压在压力一定的情况下与待补偿压力传感器的输入电压之间的关系可被二次多项式曲线拟合；模数转换模块，其用于根据预设的三个标定温度点和两个标定压力，采集在每个标定压力下每个标定温度点所对应的输入电压和转换输出电压；其还用于采集测量压力所对应的输入电压和转换输出电压；其中，三个标定温度点在待补偿压力传感器的工作温度范围内，两个标定压力在待补偿压力传感器的测量范围内；数字补偿模块，其用于根据每个标定压力下每个标定温度点所对应的输入电压和转换输出电压，求解每个标定压力下表征转换输出电压与输入电压之间的关系的二次多项式曲线方程；其还用于根据测量压力所对应的输入电压和转换输出电压、二次多项式曲线方程及标定压力求解测量压力的数值。

3、上述专利中，虽然通过三个标定温度点，解决了压力传感器测量精度不高的问题，但是利用二次多项式的计算时，需要采用最小二乘法多次拟合二次多项式曲线，曲线容易受到极端异常点的影响，且当拟合次数过高、数据处理中历元间隔较小时，容易出现病态问题，影响整体的补偿效果。

4、鉴于此，本技术拟提出一种压力传感器温度补偿系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种压力传感器温度补偿系统，通过数据接收模块可对数据获取单元获取的数据进行接收，然后通过阈值判断模块对是否需要温度补偿进行辅助判断，提高了温度补偿触发的精准性，通过模型构建模块构建的模型可将最小二乘法与插值法结合，处理压力传感器的温度漂移，利用模型训练模块和组合优化模块可辅助对模型的后续优化，从而降低最小二乘法曲线受到极端异常点的影响，避免拟合次数过高出现的病态问题，保证对传感器的初步补偿效果，通过补偿核验模块可对补偿结果进行初步核验，从而保证补偿的完整性，避免数据的补偿遗漏，利用补偿分析模块对补偿结果进行分析，通过分析后可进行二次优化处理，经过二次优化后，可对压力传感器进一步优化，利用零位补偿和灵敏度补充，降低单个传感器个体差异造成的影响，从而保证传感器的整体使用效果，降低温度对传感器的使用干扰，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种压力传感器温度补偿系统，包括数据获取单元、判断触发单元、温度补偿单元、优化分析单元和结果输出单元；

4、所述数据获取单元用于获取当前压力传感器及介质的压力和温度变化的相关数据；

5、所述判断触发单元用于接收数据获取单元发送的信号，判断当前的压力和温度是否需要进行温度补偿；

6、所述温度补偿单元用于构建匹配当前压力传感器的温度补偿模型，通过对模型的训练、优化，完成对传感器的温度补偿；

7、所述优化分析单元用于补偿结果进行分析，经过分析对数据进行针对性优化；

8、所述结果输出单元用于输出经过优化分析单元处理后的最终结果。

9、优选的，所述数据获取单元包括压力数据收集模块、温度数据收集模块和数据处理模块；

10、所述压力数据收集模块用于获取外界对当前压力传感器的施加的压力数值，将压力数值存储为数据集；

11、所述温度数据收集模块用于检测介质的温度变化，把检测的温度输入芯片温度补偿端口，将获取的变化数值存储备份；

12、所述数据处理模块用于接收压力数据收集模块和温度数据收集模块发送的电信号，对信号初步筛选、降噪处理，处理后将信号输入到判断触发单元中。

13、优选的，所述判断触发单元包括数据接收模块、阈值判断模块和触发预警模块；

14、所述数据接收模块用于接收数据获取单元发送的信号，并对数据按照压力和温度进行分类，然后分别存储在数据库中；

15、所述阈值判断模块用于对当前传感器的温度灵敏度系数和温度附加误差分别计算，将计算值与设定的阈值比较，若计算值未超出阈值时，无需对传感器进行温度补偿，若计算值超出阈值则向触发预警模块发送信号；

16、所述触发预警模块用于接收阈值判断模块的信号，利用触发预警模块触发温度补偿单元工作，同时在系统中发送告警信号。

17、优选的，所述温度补偿单元包括模型构建模块、模型训练模块、组合优化模块和仿真应用模块；

18、所述模型构建模块用于构建匹配当前压力传感器的温度补偿模型和测试数据；

19、所述模型训练模块用于同步测试数据，随机挑选数据集中的数据作为测试数据，利用模型对测试数据进行计算处理，通过多次迭代完成模型的训练；

20、所述组合优化模块利用模型训练模块定位最佳粒子，获取粒子对应的参数集合，对参数存储备份，将最佳粒子的赋值作为模型的初始权值和阈值；

21、所述仿真应用模块调用仿真软件对优化后的模型进行仿真实验，实验结束后核验计算结果，若计算结果存在错误，则进行多次实验修正，若计算结果无误，将模型加载到系统中使用。

22、优选的，所述优化分析单元包括补偿核验模块、补偿分析模块和二次优化模块；

23、所述补偿核验模块用于计算传感器的零点漂移和灵敏度误差，根据计算结果对比补偿前后的数据变化，对温度补偿单元是否完成补偿进行快速核验；

24、所述补偿分析模块用于将补偿核验模块中的零点漂移和灵敏度误差计算结果与预设的零点漂移和灵敏度误差范围进行比较和分析，判断当前压力传感器是否需要再次优化；

25、所述二次优化模块用于将当前检测结果再次输入到温度补偿单元中，对压力传感器的温度补偿再次优化。

26、优选的，在所述阈值判断模块中计算温度灵敏度系数和温度附加误差的相对值计算公式如下：

27、

28、

29、式中，δt为传感器工作温度变化范围，l(fs)为工作量程，δxm为当温度变化δt时，某一输入标定值对应输出值随温度偏移的最大值。

30、优选的，在模型构建时，还包括以下步骤：

31、s1、采用标定测试对相关数值进行检测，以10℃为步距设置不同的温度测量工况，设定压力测量点，对取样点测量三次取均值，将当前环境温度结合函数系数计算，得到该温度条件下标定压力对应的输出电压，作为输出电压数据集；

32、s2、通过三次样条插值法划分温度区间，在输出电压数据集中选取与待测压力对应输出电压差异程度最小的3种标定电压输出，即为电压数据集，结合电压数据集系数计算对应的标定压力；

33、s3、利用牛顿插值法建立输出压力f与标定温度向量t之间的函数关系，将输出电压代入函数中获取最终的待测压力。

34、优选的，温度补偿模型的表达式如下：

35、f＝f(p,t)；

36、p'i＝e'if3+g'if2+h'if+q'i；

37、式中，e'i、g'i、h'i、q'i为各阶函数系数，i为行数，p为压力，t为温度。

38、优选的，在所述模型训练模块中，对模型进行训练时，对压力传感器测定数据进行初始求解，得到初始参数，计算误差，当误差达到最小时，通过迭代寻找最优函数对应的最佳粒子。

39、优选的，在所述补偿分析模块中，零点漂移的变化范围为(-1.75，1.89)，灵敏度误差范围为(0，0.3)。

40、本发明的有益效果：

41、1、本发明中，通过数据接收模块可对数据获取单元获取的数据进行接收，然后通过阈值判断模块对是否需要温度补偿进行辅助判断，提高了温度补偿触发的精准性，通过模型构建模块构建的模型可将最小二乘法与插值法结合，处理压力传感器的温度漂移，利用模型训练模块和组合优化模块可辅助对模型的后续优化，从而降低最小二乘法曲线受到极端异常点的影响，避免拟合次数过高出现的病态问题，保证对传感器的初步补偿效果。

42、2、本发明中，通过补偿核验模块可对补偿结果进行初步核验，通过补偿前后的数据变化判定补偿是否完成，从而保证补偿的完整性，避免数据的补偿遗漏对后续传感器的干扰，利用补偿分析模块对补偿结果进行分析，通过分析后可进行二次优化处理，在进行二次优化时，利用零位补偿和灵敏度补充，降低单个传感器个体差异造成的影响，从而保证传感器的整体使用效果，降低温度对传感器的使用干扰。