考虑VI转换和供电电压误差的压力传感器校准方法及装置与流程

本发明涉及传感器，尤其涉及一种考虑vi转换和供电电压误差的压力传感器校准方法及装置。

背景技术：

1、工业用电流型压力传感器普遍采用4～20ma电流输出接口，一般包含敏感压力头，asic芯片及其硬件pcb和输出连接器。asic芯片及其硬件pcb的作用是将工业液压等物理量转换为电压或者电流信号，然后再经信号处理输出给客户。市面上asic芯片种类众多，既包含压力信号直接转电流信号的，也包含压力信号先转电压信号，再将电压信号通过vi转换为电流信号的方法。

2、电流型输出的asic可将压力信号直接转为电流信号，一般能支持4～20ma电流输出校准，但电流型输出的asic需要放置功率管转换电流，并且一般也集成了高压转低压的功能模块，由于模块集成度高，这将导致asic和其周围硬件发热，而asic一般都是靠近敏感压力头的，敏感压力头受温度影响大，这样导致传感器受温漂影响大，一般通过大功率管或者结构性改善发热问题，但是增加了成本和结构复杂性。

3、另外，电流型压力传感器也存在双通道电流输出的需求，双通道电流输出的asic市面极少，而采用2个asic又将极大的增加成本，因此采用单个电压输出的asic将压力信号先转为电压信号，然后再通过双路vi转换成电流输出是目前双通道电流输出型压力传感器的普遍选择。其中，电压输出型的asic一般能支持0～5v电压输出校准(采用三点校准原则，即3p校准)，另外增加的vi转换电路则是为了实现所需的4～20ma电流输出，但是电流vi转换部分需要自行设计，vi转换方案成熟，成本低，缺点是准确度差，不能采用asic来校准，另外电压输出型的asic采用低压供电的方法，虽然避免了高压转低压导致的发热问题，但缺点是高压转低压模块存在精度低的问题，甚至某些asic与供电电压是比例式输出的关系，对供电电压也不能校准，只能对输出百分比校准，若供电电压与校准时的电压存在误差，将严重影响输出结果，准确度差，极容易导致指标满足不了要求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种考虑vi转换和供电电压误差的压力传感器校准方法，包括：

2、步骤s1，考虑供电电压误差及vi转换误差构建表征电压信号与电流信号之间转换关系的校准模型并进行化简得到简化校准模型；

3、步骤s2，对所述简化校准模型进行参数识别，并根据参数识别后的简化校准模型以及多个理论压力对应的理论电流输出量进行求解得到对应的校准后输出电压百分比；

4、步骤s3，将各所述理论压力及其对应的所述校准后输出电压百分比配置于所述压力传感器中，完成所述压力传感器的校准。

5、优选的，执行所述步骤s1之前还包括采用3p校准方式对所述电压信号进行校准。

6、优选的，所述校准模型的表达式如下：

7、iout＝vin*(1+p)*(a2vout2+b2vout+c2)

8、其中，iout为所述电流信号对应的电流输出量，vin为理论供电电压，p为所述供电电压误差，vout为所述电压信号对应的输出电压百分比，a2,b2,c2分别为二次函数系数。

9、优选的，为同时考虑对供电电压误差和vi转换误差的校准，则所述校准模型的表达式进行简化后的简化校准模型表达式为：

10、

11、a＝5v*(1+p)*a2

12、b＝5v*(1+p)*b2

13、c＝5v*(1+p)*c2

14、其中，a、b、c分别为所述简化校准模型的系数。

15、优选的，所述步骤s2具体包括以下步骤：

16、s21，配置三个所述理论压力对应的理论输出电压百分比，并获取每个理论输出电压百分比对应的所述理论电流输出量；

17、s22，将三组所述理论输出电压百分比及对应的所述理论电流输出量代入所述简化校准模型，求解得到所述简化校准模型的系数，完成所述简化校准模型的参数识别；

18、s23，根据参数识别后的所述简化校准模型的表达式，当输出电流分别为三个所述理论电流输出量时进行求解得到对应的所述校准后输出电压百分比。

19、优选的，所述理论压力包括零压力、满量程压力以及所述零压力与所述满量程压力之间的中间量程压力，所述中间量程压力为半量程压力。

20、优选的，所述压力传感器包括用于将检测到的压力信号转换为电压信号的信号转换模块、用于将所述电压信号转换为电流信号的电压电流转换模块，以及用于为所述信号转换模块和所述电压电流转换模块供电的高压转换模块。

21、本发明还提供一种考虑vi转换和供电电压误差的压力传感器校准装置，用于实现上述的压力传感器校准方法，所述压力传感器包括设置于敏感压力头上方的信号转换板，所述信号转换板的上方通过第一电气连接器连接有电压电流转换板，所述电压电流转换板的上方通过第二电气连接器连接有高压转换板，则所述校准装置包括校准板，连接所述信号转换板，所述校准板包括：

22、构建模块，用于考虑供电电压误差及vi转换误差构建得到表征所述电压信号与所述电流信号之间转换关系的校准模型并进行化简得到简化校准模型；

23、校准模块，连接所述构建模块，用于对所述简化校准模型进行参数识别，并根据参数识别后的简化校准模型以及多个理论压力对应的理论电流输出量进行求解得到对应的校准后输出电压百分比；

24、配置模块，连接所述校准模块，用于将各所述理论压力及其对应的所述校准后输出电压百分比配置于所述信号转换板中，完成所述电流型压力传感器的校准。

25、优选的，还包括输出接口连接器，所述高压转换板通过输出接口连接器连接电源测试线，进而通过所述电源测试线连接外部测试计算机；

26、所述电源测试线为所述电流型压力传感器提供高压直流电，并将所述压力传感器输出的电流信号输出至所述外部测试计算机。

27、优选的，所述信号转换板上还集成有3p校准程序，用于采用3p校准方式对所述电压信号进行校准。

28、上述技术方案具有如下优点或有益效果：

29、针对电流型压力传感器采用电压型信号转换模块、成本低廉的电压电流转换模块以及低精度的高压转换模块出现的准确度差问题，充分利用电压型信号转换模块本身的校准功能，同时将电压电流转换模块及高压转换模块带来的误差也考虑进来，在进行校准时，构建了同时考虑vi转换和供电电压误差的校准模型，在校准过程中也进行统一处理，考虑全面切合实际，能够获得准确度非常好的产品性能，具有成本低，性能好，使用方便的优点。

技术特征：

1.一种考虑vi转换和供电电压误差的压力传感器校准方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的压力传感器校准方法，其特征在于，执行所述步骤s1之前还包括采用3p校准方式对所述电压信号进行校准。

3.根据权利要求1所述的压力传感器校准方法，其特征在于，所述校准模型的表达式如下：

4.根据权利要求3所述的压力传感器校准方法，其特征在于，为同时考虑对供电电压误差和vi转换误差的校准，则所述校准模型的表达式进行简化后的简化校准模型表达式为：

5.根据权利要求4所述的压力传感器校准方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的压力传感器校准方法，其特征在于，所述理论压力包括零压力、满量程压力以及所述零压力与所述满量程压力之间的中间量程压力，所述中间量程压力为半量程压力。

7.根据权利要求1所述的压力传感器校准方法，其特征在于，所述压力传感器包括用于将检测到的压力信号转换为电压信号的信号转换模块、用于将所述电压信号转换为电流信号的电压电流转换模块，以及用于为所述信号转换模块和所述电压电流转换模块供电的高压转换模块。

8.一种考虑vi转换和供电电压误差的压力传感器校准装置，其特征在于，用于实现如权利要求1-7中任意一项所述的压力传感器校准方法，所述压力传感器包括设置于敏感压力头上方的信号转换板，所述信号转换板的上方通过第一电气连接器连接有电压电流转换板，所述电压电流转换板的上方通过第二电气连接器连接有高压转换板；则所述校准装置包括校准板，连接所述信号转换板，所述校准板包括：

9.根据权利要求8所述的压力传感器校准装置，其特征在于，还包括输出接口连接器，所述高压转换板通过输出接口连接器连接电源测试线，进而通过所述电源测试线连接外部测试计算机；

10.根据权利要求8所述的压力传感器校准装置，其特征在于，所述信号转换板上还集成有3p校准程序，用于采用3p校准方式对所述电压信号进行校准。

技术总结
本发明提供一种考虑VI转换和供电电压误差的压力传感器校准方法及装置，涉及传感器技术领域，包括：步骤S1，考虑供电电压误差及VI转换误差构建表征电压信号与电流信号之间转换关系的校准模型并进行化简得到简化校准模型；步骤S2，对简化校准模型进行参数识别，并根据参数识别后的简化校准模型以及多个理论压力对应的理论电流输出量进行求解得到对应的校准后输出电压百分比；步骤S3，将各理论压力及其对应的校准后输出电压百分比配置于压力传感器中，完成压力传感器的校准。有益效果是能够获得准确度非常好的产品性能，具有考虑全面，成本低，性能好，使用方便的优点。

技术研发人员：刘岳,黎伟
受保护的技术使用者：直川科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16