【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及压力传感，且更具体地涉及一种压力传感器及实现压力传感的方法。
技术介绍
1、一种压力传感器及实现压力传感的方法，主要作用是测量被测物体的压力，并将压力转化为电信号输出。其原理是利用机械式或电子式原理感应被测物体上的压力变化，再通过一定的信号处理和转换，将压力信号转化为电信号输出。压力传感技术被广泛应用于工业过程控制、机械制造、医疗设备、汽车工业等领域。压力传感器能够提供高精度、可靠、实时的压力测量数据，为工程师、科学家和安全专家等提供了非常重要的数据支持，对于保证生产过程质量、提高工作效率和保障使用安全等方面都具有重要的作用
2、现有技术中，压力传感器及实现压力传感的方法存在很多弊端，一方面，不能灵敏感受外部施加在传感器上的压力并转换成模拟电压信号输出，缺少对模拟电压信号的处理，导致不能准确将模拟电压信号转换成可读压力值，另一方面，在压力传感器使用前不能对压力传感器的准确性进行测试和校准，不能对压力传感器进行隔电磁干扰处理，不能对模拟电压信号受温度影响的漂移进行补偿，因此，本专利技术提出一种压力传感器及实现压力传感的方法，旨在提供一种能够实现精确输出压力值的一种压力传感器及实现压力传感的方法。
技术实现思路
1、针对上述技术的不足，本专利技术公开一种压力传感器及实现压力传感的方法，压力敏感模块通过锂铌酸钠压电晶体单元、电桥转化单元和支撑结构单元精准感受外部施加在传感器上的压力转换成模拟电压信号输出，解决不能灵敏感受外部施加在传感器上的压力并转换成模拟电压信
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种压力传感器包含外壳、连接模块、电池供电模块、压力敏感模块、信号处理模块和通信接口模块；
4、所述外壳用于保护压力传感器内部元件，所述外壳采用不锈钢和铝合金耐腐蚀材料制成；
5、所述连接模块用于实现压力传感器和待测设备连接，所述连接模块通过引脚、接头和插头实现压力传感器与待测设备进行插头式连接；
6、所述电池供电模块用于为压力传感器提供能量，所述电池供电模块通过可充电电池提供电能；
7、所述压力敏感模块用于将外部施加在传感器上的压力转换成模拟电压信号输出，所述压力敏感模块包括锂铌酸钠压电晶体单元、电桥转化单元和支撑结构单元，所述支撑结构单元的输出端与所述锂铌酸钠压电晶体单元的输入端连接，所述锂铌酸钠压电晶体单元的输出端与所述电桥转化单元的输入端连接；
8、所述信号处理模块用于处理模拟电压信号将模拟电压信号转换成可读压力值，所述信号处理模块包括信号滤波模块、信号放大模块、模数转化模块和压力值线性计算模块，所述信号滤波模块的输出端与所述信号放大模块的输入端连接，所述信号放大模块的输出端与所述模数转化模块的输入端连接，所述模数转化模块的输出端与所述压力值线性计算模块的输入端连接；
9、所述通信接口模块用于将可读压力值传输到显示器，所述通信接口模块采用串口、并口或usb口与can总线连接显示器实现不同数据传输方式；
10、所述连接模块的输出端与所述压力敏感模块的输入端连接，所述压力敏感模块的输出端与所述信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端与所述通信接口模块的输入端连接，所述电池供电模块的输出端分别与所述连接模块、压力敏感模块、信号处理模块和通信接口模块的输入端连接。
11、作为本专利技术进一步的技术方案，所述锂铌酸钠压电晶体单元通过锂铌酸钠压电晶体的压电效应实现锂铌酸钠压电晶体内部产生正负电极变化，实现将物理压力转化为变化电荷，所述电桥转化单元通过采样保持电路连接锂铌酸钠压电晶体单元接收锂铌酸钠压电晶体变化产生的电荷，所述采样保持电路包括采样保持运放电路和开关控制电路，所述采样保持运放电路通过采样保持运放电容将锂铌酸钠压电晶体变化产生的电荷进行采样和锁存，所述开关控制电路通过触发脉冲发生源产生周期性脉冲触发采样保持运放电路进行电荷采样，所述电桥转化单元再通过反馈端口在积分器中施加正弦波信号引起积分器产生负向脉冲，实现将锂铌酸钠压电晶体变化产生的电荷经过积分器输出等效的模拟电压信号，所述支撑结构单元采用正交式支撑结构将锂铌酸钠晶体片固定在正交的两个支架上，保证锂铌酸钠晶体受到的压力均匀分布。
12、作为本专利技术进一步的技术方案，所述信号滤波模块采用无线脉冲响应滤波消除模拟电压信号的环境噪声干扰，所述无线脉冲响应滤波利用锂铌酸钠压电晶体和电桥转化单元之间信道冲激响应对模拟电压信号进行时域反卷积运算实现消除模拟电压信号中的噪声干扰，所述信号放大模块通过反馈回路调节运放电路增益实现放大100倍模拟电压信号的幅度，所述反馈回路通过比较误差信号控制模拟电压信号的饱和或失真放大幅度，所述模数转化模块包括模拟信号输入单元、采样转化单元、信号量化单元和信号编码单元，所述模拟信号输入单元的输出端与所述采样转化单元的输入端连接，所述采样转化单元的输出端与所述信号量化单元的输入端连接，所述信号量化单元的输出端与所述信号编码单元的输入端连接，所述模拟信号输入单元采用电压跟随器的电路结构接收和传递模拟电压信号，所述采样转化单元通过模数转化集成电路将模拟信号进行采样保持后转换为数字信号，所述信号量化单元通过数字信号量化电平将数字信号与参考电压进行比较实现数字信号量化为一段[2v-6v]数值范围内的离散电压,所述信号编码单元采用脉冲编码调制将经过量化处理的数字信号转换为脉冲编码数字信号。
13、作为本专利技术进一步的实施例，所述压力值线性计算模块的工作方法为：
14、s1、通过非参数回归算法比较脉冲编码数字信号和模拟电压信号之间的关系实现脉冲编码数字信号校准，所述非参数回归算法通过最近邻估计迭代计算脉冲编码数字信号和模拟电压信号之间转化过程的补偿系数，所述非参数回归算法根据补偿系数对脉冲编码数字信号进行核密度校准，得到无转换误差的脉冲编码信号，所述补偿系数计算公式为：
15、
16、在公式(1)中，f为补偿系数，x为脉冲编码数字信号频率，i为最近邻估计迭代计算次数，s为模拟电压信号频率，为脉冲编码数字信号和模拟电压信号的幅度差；
17、所述无转换误差的脉冲编码信号计算公式为：
18、
19、在公式(2)中，p为无转换误差的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种压力传感器，其特征在于：所述压力传感器包含外壳(1)、连接模块(2)、电池供电模块(3)、压力敏感模块(4)、信号处理模块(5)和通信接口模块(5)；
2.根据权利要求1所述的一种压力传感器，其特征在于：所述锂铌酸钠压电晶体单元通过锂铌酸钠压电晶体的压电效应实现锂铌酸钠压电晶体内部产生正负电极变化，实现将物理压力转化为变化电荷，所述电桥转化单元通过采样保持电路连接锂铌酸钠压电晶体单元接收锂铌酸钠压电晶体变化产生的电荷，所述采样保持电路包括采样保持运放电路和开关控制电路，所述采样保持运放电路通过采样保持运放电容将锂铌酸钠压电晶体变化产生的电荷进行采样和锁存，所述开关控制电路通过触发脉冲发生源产生周期性脉冲触发采样保持运放电路进行电荷采样，所述电桥转化单元再通过反馈端口在积分器中施加正弦波信号引起积分器产生负向脉冲，实现将锂铌酸钠压电晶体变化产生的电荷经过积分器输出等效的模拟电压信号，所述支撑结构单元采用正交式支撑结构将锂铌酸钠晶体片固定在正交的两个支架上，保证锂铌酸钠晶体受到的压力均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种压力传感器，其特征在于：所述信
4.根据权利要求1所述的一种压力传感器，其特征在于：所述压力值线性计算模块的工作方法为：
5.一种压力传感器实现压力传感的方法，其特征在于：应用于权利要求1-4中任意一项权利要求所述一种压力传感器，所述方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种压力传感器实现压力传感的方法，其特征在于：所述稳定信号输出模块采用膜片式压力信号源输出压力测试信号向压力传感器和标准传感器，所述膜片式压力信号源利用膜片的弯曲产生不同压力测试信号，所述信号控制模块采用自适应耦合控制算法和PID控制器对膜片式压力信号源的输出压力测试信号的稳定性和强度进行调节和控制，所述自适应耦合控制算法利用反馈控制对膜片式压力信号源的膜片弯曲程度不断调节，所述反馈控制根据所述PID控制器的电磁机械开关输出控制信号调节膜片上的继电器达到对输出压力测试信号的精确调节，所述测试腔室模块采用带有两个输出连接端口的测试腔室分别连接压力传感器和标准传感器。
7.根据权利要求5所述的一种压力传感器实现压力传感的方法，其特征在于：所述校准执行模块采用嵌入式协同比较算法的数字计算机对压力传感器与标准传感器的测试结果进行比较分析，实现根据分析结果对压力传感器校准调整，所述嵌入式协同比较算法根据10组压力传感器与标准传感器的测试结果进行误差比较分析，所述嵌入式协同比较算法通过标准差统计指标反映压力传感器与标准传感器的测试结果误差的分布情况和稳定性，所述嵌入式协同比较算法通过惯性指数动态调整将标准差统计指标反映到校准参数中，所述惯性指数动态调整根据压力传感器与压力测试信号之间的比例关系确定校准放大系数，所述惯性指数动态调整根据压力传感器内部进行压力测试信号处理时所采用的乘法因子确定校准增益，所述惯性指数动态调整根据压力传感器内部进行压力测试信号处理时所采用的加法因子确定校准偏移量，所述嵌入式协同比较算法根据校准放大系数、校准增益和校准偏移量调整输出模拟电压信号的幅值和相位达到校准目的。
8.根据权利要求5所述的一种压力传感器实现压力传感的方法，其特征在于：所述输出隔离装置包括光纤传输源、光电输出隔离层和保护壳体，所述光纤传输源采用光纤作为电磁信号输入的传输介质，所述光电输出隔离层通过光电隔离将电磁信号转化为电信号消除电磁干扰引起的误差和噪声，所述光电隔离通过光耦合介质产生激光脉冲强度相对应的放电气体将电磁信号转化为电信号输出...
【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，其特征在于：所述压力传感器包含外壳(1)、连接模块(2)、电池供电模块(3)、压力敏感模块(4)、信号处理模块(5)和通信接口模块(5)；
2.根据权利要求1所述的一种压力传感器，其特征在于：所述锂铌酸钠压电晶体单元通过锂铌酸钠压电晶体的压电效应实现锂铌酸钠压电晶体内部产生正负电极变化，实现将物理压力转化为变化电荷，所述电桥转化单元通过采样保持电路连接锂铌酸钠压电晶体单元接收锂铌酸钠压电晶体变化产生的电荷，所述采样保持电路包括采样保持运放电路和开关控制电路，所述采样保持运放电路通过采样保持运放电容将锂铌酸钠压电晶体变化产生的电荷进行采样和锁存，所述开关控制电路通过触发脉冲发生源产生周期性脉冲触发采样保持运放电路进行电荷采样，所述电桥转化单元再通过反馈端口在积分器中施加正弦波信号引起积分器产生负向脉冲，实现将锂铌酸钠压电晶体变化产生的电荷经过积分器输出等效的模拟电压信号，所述支撑结构单元采用正交式支撑结构将锂铌酸钠晶体片固定在正交的两个支架上，保证锂铌酸钠晶体受到的压力均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种压力传感器，其特征在于：所述信号滤波模块采用无线脉冲响应滤波消除模拟电压信号的环境噪声干扰，所述无线脉冲响应滤波利用锂铌酸钠压电晶体和电桥转化单元之间信道冲激响应对模拟电压信号进行时域反卷积运算实现消除模拟电压信号中的噪声干扰，所述信号放大模块通过反馈回路调节运放电路增益实现放大100倍模拟电压信号的幅度，所述反馈回路通过比较误差信号控制模拟电压信号的饱和或失真放大幅度，所述模数转化模块包括模拟信号输入单元、采样转化单元、信号量化单元和信号编码单元，所述模拟信号输入单元的输出端与所述采样转化单元的输入端连接，所述采样转化单元的输出端与所述信号量化单元的输入端连接，所述信号量化单元的输出端与所述信号编码单元的输入端连接，所述模拟信号输入单元采用电压跟随器的电路结构接收和传递模拟电压信号，所述采样转化单元通过模数转化集成电路将模拟信号进行采样保持后转换为数字信号，所述信号量化单元通过数字信号量化电平将数字信号与参考电压进行比较实现数字信号量化为一段[2v-6v]数值范围内的离散电压,所述信号编码单元采用脉冲编码调制将经过量化处理的数字信号转换为脉冲编码数字信号。
4.根据权利要求1所述的一种压力传感器，其特征在于：所述压力值线性计算模块的工作方法为：
5.一种压力传感器实现压力传感的方法，其特征在于：应用于权利要求1-4中任意一项权利要求所述一种压力传感器，所述方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种压力传感器实现压力传感的方法，其特征在于：所述稳定信号输出模块采用膜片式压力信号源输出压力测试信号向压力传感器和标准传感器，所述膜片式压力信号源利用膜片的弯曲产生不同压力测试信号，所述信号控制模块采用自适应耦合控制算法和pid控制器对膜片式压力信号源的输出压力测试信号的稳定性和强度进行调节和控制，所述自适应耦合控制算法利用反馈控制对膜片式压...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾强，李祥明，
申请(专利权)人：弥富科技浙江股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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