压力检测系统的制作方法

1.本技术涉及压力检测领域，具体而言，涉及一种压力检测系统。


背景技术：

2.目前进行压力测试时，通常是将adc(analog
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to
‑
digital converter，模数转换器)接入到一个惠斯通电桥电路的电压输出端，从而直接利用惠斯通电桥电路的输出电压测定受到的压力大小。
3.然而，直接利用惠斯通电桥电路实现压力检测时，由于惠斯通电桥的四个桥臂的阻值会随温度的变化而变化，从而会导致直接采集到的输出电压存在漂移。为此，目前各压力检测系统中会根据预先设定的各温度对应的补偿值，对采集到的输出电压进行补偿，从而尽可能地使得输出电压能够贴合于仅受外力时所产生的电压。但是该方式并不能完全消除温度导致的电压漂移的影响，检测得到的压力值精准度仍旧不高。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种压力检测系统，用以消除温度导致的电压漂移的影响，提高压力值的检测精准度。
5.本技术实施例提供了一种压力检测系统，包括：传感电路，包括串联在参考电压正负极之间的电桥电路和参考电阻；电压采集器，接入所述电桥电路的输出端，以及所述参考电阻的电压采集端，以采集所述电桥电路输出的输出电压vo和所述参考电阻的电压vref；所述电桥电路的输出端位于所述电桥电路两并联的电阻支路中，两电阻之间；数据处理器，与所述电压采集器连接，用以根据所述vo、所述vref、以及所述参考电阻的电阻值计算出所述电桥电路的电阻变量值，并根据所述电阻变量值确定施加在所述传感电路上的压力值。
6.在上述系统中，由于传感电路包括串联在参考电压正负极之间的电桥电路和参考电阻，从而使得参考电阻可以实现对于电桥电路的输入电压的分压，使得在外部压力导致电桥电路中电阻值变化时，电阻变化值δr有：其中vo为电桥电路输出的输出电压，vref为参考电阻的电压，rc为参考电阻的电阻值，从而得以使得电阻变化值δr不再与温度相关，进而通过电压采集器接入电桥电路的输出端，以及参考电阻的电压采集端，即可有效采集到vo和vref，进而实现对于δr的计算，从而准确确定出施加在传感电路上的压力值，消除了温度导致的电压漂移的影响，提高了压力值的检测精准度。
7.进一步地，所述电压采集器包括第一电压采集模块和第二电压采集模块，且所述第一电压采集模块和所述第二电压采集模块采集频率同步；所述第一电压采集模块接入所述电桥电路的输出端，以采集所述电桥电路输出的输出电压vo；所述第二电压采集模块接入所述参考电阻的电压采集端，并与所述第一电压采集模块同步采集所述参考电阻的电压vref。
8.在上述实现结构中，通过两路采集频率同步的电压采集模块分别对电桥电路的输
出端和参考电阻的电压采集端进行电压采集，可以保证对于数据的有效采集，从而满足本技术方案中对于电阻变量值的计算需求。
9.进一步地，所述第一电压采集模块和第二电压采集模块为模数转换器。
10.在上述实现结构中，通过采用模数转换器来作为电压采集模块，可以有效实现在对于电压采集的同时，实现将电压信号从模拟信号转换为数字信号，从而便于数据处理器进行运算处理。
11.进一步地，所述电压采集器还包括第一信号放大电路；所述第一电压采集模块与所述第一信号放大电路连接，并通过所述第一信号放大电路接入所述电桥电路的输出端。
12.进一步地，所述电压采集器还包括第二信号放大电路；所述第二电压采集模块与所述第二信号放大电路连接，并通过所述第二信号放大电路接入所述参考电阻的电压采集端。
13.在上述实现结构中，通过在电压采集模块前设置信号放大电路，从而通过信号放大电路首先对所采集的电压信号进行放大处理，增强电压信号的增益，从而有效提高对于电压信号识别和转化正确率。
14.进一步地，所述电压采集器为具有外部参考位的处理芯片；所述处理芯片的输入端口接入所述电桥电路的输出端，以采集所述电桥电路输出的输出电压vo；所述处理芯片的外部参考位接入所述参考电阻的电压采集端，以采集所述参考电阻的电压vref。
15.在上述实现结构中，通过采用具有外部参考位的处理芯片来作为电压采集器，从而可以实现在正常采集电桥电路输出的输出电压vo的同时，利用处理芯片的外部参考位实现对于vref的采集，这就使得通过一个处理芯片即实现了对于两路电压的同步采集，从而不必再配置两路电压采集模块，更不必专门进行两路电压采集模块的采集频率的同步配置，在实现上更为简单可靠。
16.进一步地，所述处理芯片为：内部处理逻辑为输出等于所述输入端口接收到的电压与所述外部参考位接入的电压的比值的模数转换器。
17.进一步地，所述模数转换器为szc900h模数转换器。
18.在上述实现结构中，处理芯片内部即可按照内部处理逻辑，输出输入端口接收到的电压与外部参考位接入的电压的比值，从而节省数据处理器的处理时长。
19.进一步地，所述电压采集器还包括第三信号放大电路；所述处理芯片的输入端口与所述第三信号放大电路连接，并通过所述第三信号放大电路接入所述电桥电路的输出端。
20.在上述实现结构中，通过在处理芯片前设置信号放大电路，从而通过信号放大电路首先对所采集的电压信号进行放大处理，增强电压信号的增益，从而有效提高对于电压信号识别和转化正确率。
21.进一步地，所述参考电阻为低温度系数电阻。
22.在上述实现结构中，参考电阻为低温度系数电阻，从而参考电阻的电阻值即基本不会受到外界环境温度的变化影响，从而可以进一步地确保计算出来的电阻变量值的准确性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
24.图1为本技术实施例提供的一种惠斯通电桥的结构示意图；
25.图2为本技术实施例提供的一种传感电路的结构示意图；
26.图3为本技术实施例提供的一种压力检测系统的基本结构示意图；
27.图4为本技术实施例提供的一种两路采集的压力检测系统的结构示意图；
28.图5为本技术实施例提供的一种更具体的两路采集的压力检测系统的结构示意图；
29.图6为本技术实施例提供的一种单路采集的压力检测系统的结构示意图；
30.图7为本技术实施例提供的一种更具体的单路采集的压力检测系统的结构示意图。
31.图标：1
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传感电路；11
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电桥电路；12
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参考电阻；2
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电压采集器；21
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第一电压采集模块；22
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第二电压采集模块；23
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第一信号放大电路；24
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第二信号放大电路；25
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处理芯片；26
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第三信号放大电路；3
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数据处理器。
具体实施方式
32.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
33.实施例一：
34.为便于理解本技术的方案，下面首先对目前常用的惠斯通电桥电路进行介绍。
35.目前在压力检测利用，常常采用惠斯通电桥电路来作为传感电路。可参见图1所示，惠斯通电桥电路由四个桥臂(电阻r1、r2、r3和r4)构成。假设没有外力时，r1＝r2＝r3＝r4＝r，且r1、r3受外力的阻值都是r+δr，r2、r4受外力的阻值都是r
‑
δr，δr为外力作用下的电阻变量值。
36.那么，对于图1所示的惠斯通电桥电路有：
[0037][0038]
上式中，vo为电桥电路的输出电压，vin为电桥电路的输入电压。
[0039]
而在惠斯通电桥电路中，四个桥臂的电阻的阻值会随温度的升高或降低，而增大或减少。在理想条件下，假设温度升高δt，每个阻值都升高δrt，则有：
[0040][0041]
从式1
‑
2可以看出，vo除了受到vin的影响外，还会受到温度的影响，且会随温度的升高而降低。因此，在目前的压力检测系统中，还需要进行温漂补偿操作。但是无论何种温漂补偿操作，其也只能是尽可能地使得输出电压能够贴合于仅受外力时所产生的电压，并不能完全消除温度导致的电压漂移的影响。
[0042]
而在本技术实施例中，压力检测系统的传感电路1则采用如图2所示的结构实现。
[0043]
在本技术实施例中，传感电路1包括串联在参考电压avddr正负极之间的电桥电路11和参考电阻12。
[0044]
在本技术实施例中，电桥电路11只要可以实现在受到外力时电阻值的变化导致输出电压同步变化即可，并不限定电桥电路11具体结构。比如，其可以但不限于可以采用惠斯通电桥等结构实现。
[0045]
在本技术实施例中，参见图2所示的传感电路1，为便于分析理解方案，仍假设四个桥臂的电阻值是相等，均为r，即电桥电路11的等效电阻为r。假设传感电路1的输入电压为vddr，则有：
[0046][0047]
式1
‑
3中，vin为电桥电路11的两端电压，rc为参考电阻12的电阻值。
[0048]
而将式1
‑
3代入式1
‑
1中，则有：
[0049][0050]
而参考电阻12的电压vref为：
[0051][0052]
那么，根据式1
‑
4和式1
‑
5可以得到：
[0053][0054]
可见，在本技术实施例中，传感电路1可以将受到外力作用时所产生的电阻变量值δr转换为与参考电阻12的电阻值rc、vo和vref之间的比值相关，因此只需正常采集电桥电路11输出的输出电压vo和参考电阻12的电压vref，即可结合参考电阻12的电阻值rc实现对于电阻变量值δr的计算，无需考虑vo的值是否收到温度影响。
[0055]
需要注意的是，在本技术实施例中，为了进一步提高检测精度，参考电阻12可以采用低温度系数电阻来实现，比如可以采用箔电阻、薄膜电阻，插件式有箔电阻、金属膜电阻、模压电阻等。
[0056]
请参见图3所示，图3位本技术实施例中提供的压力检测系统的基本结构示意图。
[0057]
在本技术实施例中，压力检测系统除了包括前述传感电路1外，还包括有电压采集器2和数据处理器3。
[0058]
在本技术实施例中，电压采集器2接入电桥电路11的输出端，以及参考电阻12的电压采集端，以采集电桥电路11输出的输出电压vo和参考电阻12的电压vref。其中，电桥电路11的输出端位于电桥电路11两并联的电阻支路中，两电阻之间，而参考电阻12的电压采集端则位于参考电阻12的两端，(由于参考电阻12与接地端连接，因此参考电阻12的电压采集端也可以仅为参考电阻12与电桥电路11连接的一端)。
[0059]
在本技术实施例中，数据处理器3与电压采集器2连接，从而根据vo、vref、以及参考电阻12的电阻值计算出电桥电路11的电阻变量值，并根据电阻变量值确定施加在传感电路1上的压力值。
[0060]
需要理解的是，在本技术实施例中，数据处理器3的处理依据即为前述式1
‑
6。还需
要理解的是，在本技术实施例中，可以采用现有的各种根据电阻变量值确定施加在传感电路1上的压力值的方式实现对于压力值的确定，在本技术实施例中不做限制。
[0061]
值得注意的是，在本技术实施例中，数据处理器3与电压采集器2之间可以是通过有线通信或无线通信形式连接，电压采集器2所采集到的数据会传输至数据处理器3进行处理。
[0062]
需要说明的是，在本技术实施例的一种可行实施方式中，参见图4所示，电压采集器2可以包括第一电压采集模块21和第二电压采集模块22。其中：
[0063]
第一电压采集模块21接入电桥电路11的输出端，以采集电桥电路11输出的输出电压vo；第二电压采集模块22接入参考电阻12的电压采集端，以采集参考电阻12的电压vref。
[0064]
需要理解的是，在实际应用过程中，外部压力可能并非是实时保持恒定的，比如检测人手握持压力时，在不同时刻人手握持状态下产生的压力往往是存在细微差别的。因此为了准确检测到各个时间点的压力，在本技术实施例中就需要采用同一时间点的vo和vref进行计算，从而需要第一电压采集模块21和第二电压采集模块22能够同时同步进行信息采集。
[0065]
为此，在本技术实施例中，可以为第一电压采集模块21和第二电压采集模块22配置相同的采集频率，并在启动时，同时控制第一电压采集模块21和第二电压采集模块22启动，从而保证第二电压采集模块22与第一电压采集模块21同步进行电压采集，保证计算准确性。
[0066]
在上述可行实施方式中，第一电压采集模块21和第二电压采集模块22可以采用adc(analog to digital converter，模数转换器)实现。应理解，传感电路1处的电压信号为模拟信号，而数据处理器3所需的信号为数字信号，通过将模数转换器作为电压采集模块，即可有效实现对于电压采集的同时，实现将电压信号从模拟信号转换为数字信号，从而便于数据处理器3进行运算处理。
[0067]
还需要注意的是，在本技术实施例中，电压采集器2还可以包括第一信号放大电路23，且第一电压采集模块21与第一信号放大电路23连接，并通过第一信号放大电路23接入电桥电路11的输出端。这样，即可将传感电路1中较为微小的电压信号进行放大处理，增强电压信号的增益，进而在进行模数转换时，可以提高转换的准确性。
[0068]
类似的，在本技术实施例中，电压采集器2也可以包括第二信号放大电路24，且第二电压采集模块22与第二信号放大电路24连接，并通过第二信号放大电路24接入参考电阻12的电压采集端。
[0069]
应理解，在上述可行实施方式中，第一信号放大电路23和第二信号放大电路24可以同时设置有，比如参见图5所示。但是在本技术实施例中，也可以仅设置其中一个信号放大电路，甚至不设置信号放大电路。
[0070]
需要理解的是，为了确保对于vo和vref的同步采集，在本技术实施例的另一种可行实施方式中，电压采集器2也可以采用具有外部参考位的处理芯片25来实现。
[0071]
可参见图6所示，处理芯片25的输入端口接入电桥电路11的输出端，以采集电桥电路11输出的输出电压vo。而处理芯片25的外部参考位接入参考电阻12的电压采集端，以采集参考电阻12的电压vref。此时，由于是基于一个处理芯片25进行的vo和vref的采集，当处理芯片25启动后，传感电路1的vo和vref即会同步输入到处理芯片25的输入端口和外部参
考位，从而实现对于vo和vref的同步采集，无需再进行专门的采集频率的同步配置。
[0072]
需要理解的是，在上述可行实施方式中，可以采用具有至少两个输出的处理芯片25实现，从而将采集到的vo和vref一起输出给数据处理器3。比如，可以采用双通道模数转换器，如250msps模数转换器等实现。
[0073]
此外，在上述可行实施方式中，处理芯片25也可以采用内部处理逻辑为输出等于输入端口接收到的电压与外部参考位接入的电压的比值的模数转换器来实现，比如可以采用szc900h模数转换器实现。此时，处理芯片25内部处理逻辑即会自动进行vo和vref之间的比值运算，输出的即为vo和vref之间的比值，从而节省数据处理器3的处理时长。
[0074]
类似的，在上述可行实施方式中，电压采集器2还可以包括第三信号放大电路26。例如参见图7所示，处理芯片25的输入端口可以与第三信号放大电路26连接，并通过第三信号放大电路26接入电桥电路11的输出端。
[0075]
需要说明的是，在本技术实施例中，信号放大电路可以采用常见的各类放大电路或放大器实现，在本技术实施例中并不做限制。
[0076]
还需要说明的是，在本技术实施例中，数据处理器3可以采用各类具有计算功能的电子设备或信息处理模组来实现。比如，可以采用诸如电脑、服务器等设备实现。
[0077]
本技术实施例所提供的压力检测系统，由于传感电路1包括串联在参考电压正负极之间的电桥电路11和参考电阻12，从而使得参考电阻12可以实现对于电桥电路11的输入电压的分压，使得在外部压力导致电桥电路11中电阻值变化时，电阻变化值δr有：其中vo为电桥电路11输出的输出电压，vref为参考电阻12的电压，rc为参考电阻12的电阻值，从而得以使得电阻变化值δr不再与温度相关，进而通过电压采集器2接入电桥电路11的输出端，以及参考电阻12的电压采集端，即可有效采集到vo和vref，进而实现对于δr的计算，从而准确确定出施加在传感电路1上的压力值，消除了温度导致的电压漂移的影响，提高了压力值的检测精准度。
[0078]
在本技术所提供的实施例中，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0079]
再者，在本技术各个实施例中的各模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
[0080]
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0081]
在本文中，多个是指两个或两个以上。
[0082]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。