一种压力传感器的温度补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种压力传感器的温度补偿方法及补偿系统，补偿方法采用恒流源温度补偿电路或者恒压源温度补偿电路来实现温度的补偿，其中通过多目标粒子群优化算法搜寻温度补偿电路中的温度补偿电阻值，并且在补偿电路输出结果后，通过基于二维插值计算的输出校正算法对输出结果进行校正

【技术实现步骤摘要】
一种压力传感器的温度补偿方法及系统


[0001]本专利技术主要涉及压力测量
，具体涉及一种压力传感器的温度补偿方法及系统
。

技术介绍

[0002]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的核心技术
。
[0003]现有温度补偿技术有如下几种：
[0004]1、
为实现压力传感器的高精度温度补偿，现有技术通常会在传感器信号处理单元内置一个温度测量模块
。
温度测量模块本质为温度传感器，该模块的引入，不仅会增大传感器的体积，增加小型化难度，还会提高传感器生产成本
。
[0005]2、
为实现压力传感器的输出校正，补偿温度的影响，现有技术一般会选用神经网络相关算法作为校正算法，将传感器输出和温度作为神经网络输入，将理想的传感器输出作为神经网络输出
。
该算法的高精准依赖于大量的试验数据
。
由于每个压力传感器的压力敏感元件静态性能有区别，受温度的影响均不一致，因此需单独建立每一个传感器的校正算法模型
。
同时在标定传感器输出和温度的试验中，由于有温度因素，为保障传感器输出的一致性，每次试验往往需要
2h
左右的时间才能让传感器的输出稳定
。
大量的试验数据
、
每支传感器独立的校正算法模型和较长的试验时长，这三个因素使得采用神经网络相关算法作为传感器输出校正算法需要大量的时间
、
人力和物力
。
[0006]3、
压力传感器的补偿电阻一般并联或串联于电阻桥臂上
。
传感器具有多个与温度有关的性能指标，因此补偿电阻通常有两组及以上，需要针对不同温漂指标，分别进行补偿
。
现有补偿方法一般是人为补偿，技术人员根据各温度点下的桥阻，计算不同补偿电阻下的多个温漂指标，再进行高低温平衡反复修正
。
由于各温漂指标与各补偿电阻组相互耦合，改变其中一个电阻会影响多个温漂指标，因此这个阶段的温度补偿计算通常会消耗大量的人力，同时最终的计算修正结果往往不是该传感器最优的补偿方案
。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种减少产品小型化难度，降低传感器生产成本，同时提高温度补偿精度的压力传感器的温度补偿方法及系统
。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0009]一种压力传感器的温度补偿方法，采用恒流源温度补偿电路或者恒压源温度补偿电路来实现温度的补偿，其中通过多目标粒子群优化算法搜寻温度补偿电路中的温度补偿电阻值
。
[0010]优选地，以恒流源温度补偿电路为例，所述补偿电路包括由压力敏感电阻
R1
～
R4
构成的惠斯通电桥，其中惠斯通电桥的一对顶点构成信号输入端，另一对顶点构成信号输出端；其中电阻
R1
上并联有温度补偿电阻
Rp1
，电阻
R4
上并联有温度补偿电阻
Rp2
，信号输入端并联有温度补偿电阻
Rp3
；通过温度补偿电阻
Rp1
‑
Rp3
平衡高低温度点下的热零点漂移
N
和热灵敏度漂移
M。
[0011]优选地，高低温下的
N
和
M
的关系式为：
[0012][0013]其中下标
l
和
h
分别代表该参数处于低温和高温环境；
R1
l
,R2
l
,R3
l
,R4
l
分别代表电阻
R1
～
R4
处于低温环境下的电阻值；
R1
h
,R2
h
,R3
h
,R4
h
分别代表电阻
R1
～
R4
处于高温环境下的电阻值；
N
l
和
M
l
分别代表低温环境下的热零点漂移和热灵敏度漂移；
N
h
和
M
h
分别代表高温环境下的热零点漂移和热灵敏度漂移
。
[0014]优选地，通过温度补偿电阻
Rp1
‑
Rp3
平衡高低温度点下的热零点漂移
N
和热灵敏度漂移
M
的具体过程为：
[0015]设目标函数
Z1(x
i
)、Z2(x
i
)、Z3(x
i
)
分别为：
[0016][0017]其中
n
代表粒子群数量；
[0018]同时为保证三个目标函数之间的均衡性，对每个目标值进行归一化处理，保证各目标的客观性；个体
x
的归一化目标函数设为：
[0019][0020]其中，
Z
max
和
Z
min
分别为当前种群中所有个体目标函数的最小值与最大值；
Z
j,norm
代表各粒子的三个目标函数
Z1(x
i
)、Z2(x
i
)、Z3(x
i
)
的归一化目标函数，其中
j∈(1,2,3)
；经过归一化之后，目标值
Z
j,norm
的取值范围均为
[0,1]。
[0021]优选地，通过多目标粒子群优化算法搜寻温度补偿电路的温度补偿电阻值的具体过程为：
[0022]假设决策空间中，粒子群规模为
n
，当前进化次数为
t
，种群中第
i
个粒子的位置为
x
i
(t)
＝
[x
i,1
(t),x
i,2
(t),x
i,3
(t)]，第
i
个粒子的速度为：
gbest
i
(t)
＝
[g
i,1
(t),g
i,2
(t),g
i,3
(t)]，粒子
i
的历史最优位置为
pbest
i
(t)
＝
[p
i,1
(t),p
i,2
(t),p
i,3
(t)]；粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种压力传感器的温度补偿方法，其特征在于，采用温度补偿电路来实现温度的补偿，其中通过多目标粒子群优化算法搜寻温度补偿电路中的温度补偿电阻值
。2.
根据权利要求1所述的压力传感器的温度补偿方法，其特征在于，所述温度补偿电路包括由压力敏感电阻
R1
～
R4
构成的惠斯通电桥，其中惠斯通电桥的一对顶点构成信号输入端，另一对顶点构成信号输出端；其中电阻
R1
上并联有温度补偿电阻
Rp1
，电阻
R4
上并联有温度补偿电阻
Rp2
，信号输入端并联有温度补偿电阻
Rp3
；通过温度补偿电阻
Rp1
‑
Rp3
平衡高低温度点下的热零点漂移
N
和热灵敏度漂移
M。3.
根据权利要求2所述的压力传感器的温度补偿方法，其特征在于，高低温下的
N
和
M
的关系式为：其中下标
l
和
h
分别代表该参数处于低温和高温环境；
R1
l
,R2
l
,R3
l
,R4
l
分别代表电阻
R1
～
R4
处于低温环境下的电阻值；
R1
h
,R2
h
,R3
h
,R4
h
分别代表电阻
R1
～
R4
处于高温环境下的电阻值；
N
l
和
M
l
分别代表低温环境下的热零点漂移和热灵敏度漂移；
N
h
和
M
h
分别代表高温环境下的热零点漂移和热灵敏度漂移
。4.
根据权利要求3所述的压力传感器的温度补偿方法，其特征在于，通过温度补偿电阻
Rp1
‑
Rp3
平衡高低温度点下的热零点漂移
N
和热灵敏度漂移
M
的具体过程为：设目标函数
Z1(x
i
)、Z2(x
i
)、Z3(x
i
)
分别为：其中
n
代表粒子群数量；同时为保证三个目标函数之间的均衡性，对每个目标值进行归一化处理，保证各目标的客观性；个体
x
的归一化目标函数设为：其中，
Z
max
和
Z
min
分别为当前种群中所有个体目标函数的最小值与最大值；
Z
j,norm
代表各粒子的三个目标函数
Z1(x
i
)、Z2(x
i
)、Z3(x
i
)
的归一化目标函数，其中
j∈(1,2,3)
；经过归一化之后，目标值的取值范围均为
[0,1]。5.
根据权利要求4所述的压力传感器的温度补偿方法，其特征在于，通过多目标粒子群优化算法搜寻恒流源温度补偿电路的温度补偿电阻值的具体过程为：假设决策空间中，粒子群规模为
n
，当前进化次数为
t
，种群中第
i
个粒子的位置为
x
i
(t)
＝
[x
i,1
(t),x
i,2
(t),x
i,3
(t)]
，第
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪野，石慧杰，李剑斌，何迎辉，金忠，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十八研究所，
类型：发明
国别省市：