CN108956009B - 一种压电式压力传感器校准方法及装置 - Google Patents

一种压电式压力传感器校准方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压电式压力传感器校准方法，包括以下步骤，S1、对标准传感器和待校准传感器施加连续压力；S2、获取标准传感器的第一压力曲线和待校准传感器的第二压力曲线；S3、根据第一压力曲线最大值Pmax确定第一压力曲线中10％·Pmax和90％·Pmax对应的时间点Ta和Tb；S4、将Ta至Tb的时间段等分为n份得到时间点T1～Tn‑1；S5、在时间点Ta、Tb、T1～Tn‑1处根据第一压力曲线压力值和对应的灵敏度以及第二压力曲线压力值计算待校准传感器的灵敏度Sca、Scb、Sc1～Scn‑1；S6、将灵敏度Sca、Scb、Sc1～Scn‑1线性化得到待校准传感器的线性误差。本发明还公开了一种与所述方法相应的压电式压力传感器校准装置。本发明能根据连续压力值进行校准、工作效率高、结果准确性高。

Description

一种压电式压力传感器校准方法及装置
技术领域
本发明涉及传感器校准技术领域，更具体地说，它涉及一种压电式压力传感器校准方法及装置。
背景技术
压电式压力传感器是一种利用具有压电效应的材料(如石英、磷化镓等)制成的一种压力传感器，这种传感器具有体积小、动态特性好、耐高温的特点，因此在内燃机的燃烧分析试验中，常常使用这种传感器进行缸内压力的测量。压电式压力传感器的灵敏度使用一段时间后会发生改变，压电式压力传感器需要定期校准，以保证测量压力的准确。
目前压电式压力传感器的校准方法主要使用单点定值校准法：校准装置主要由压力发生器、压力指示表、电荷放大器、数据采集仪组成，在校准装置安装好传感器后，使用压力发生器给传感器加压，加压到一个定值PN后即停止加压，数据采集仪记录此时电荷放大器输出的电压V0。待校准传感器的灵敏度Sc即等于：
Sc＝(V0×F×SN)/PN；
其中，Sc为待校准传感器的灵敏度[pC/bar]，V0为电荷放大器输出的电压[V]，F为电荷放大器的增益[bar/V]，SN为电荷放大器设置的传感器灵敏度[pC/bar]，PN为压力指示表显示的压力值[bar]。
以上的单点定值校准法，每次只能设定一个压力定值PN对传感器的灵敏度Sc进行校准，而不同的PN值传感器的灵敏度Sc值是不一样的，为了得到传感器不同PN值下的Sc值，必须进行多次校准，工作效率低下，且人工读取压力指示表易产生误差，影响校准结果的准确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的一是提供了一种能根据连续的压力值进行校准、工作效率高、结果准确性高的压电式压力传感器校准方法。
本发明的目的二是提供了一种结构简单、使用方便、能采集连续的压力值进行校准的压电式压力传感器校准装置。
为了实现上述目的一，本发明提供了一种压电式压力传感器校准方法，包括以下步骤，
S1、对标准传感器和待校准传感器同时施加连续压力；
S2、获取标准传感器检测到的第一压力曲线和待校准传感器检测到的第二压力曲线；
S3、根据第一压力曲线中的最大值Pmax确定第一压力曲线中10％·Pmax对应的时间点Ta和90％·Pmax对应的时间点Tb；
S4、将时间点Ta至Tb的时间段等分为n份，得到对应的时间点T1～Tn-1；
S5、分别在时间点Ta、Tb、T1～Tn-1处根据第一压力曲线的压力值和对应标准传感器的灵敏度以及第二压力曲线的压力值计算得到待校准传感器在所述时间段对应的灵敏度Sca、Scb、Sc1～Scn-1；
S6、将灵敏度Sca、Scb、Sc1～Scn-1进行线性化得到待校准传感器的线性误差。
作为进一步地改进，在步骤S3中，所述时间点Ta和Tb均为同一连续压力递增段内的时间点。
进一步地，在步骤S4中，时间段等分数n≧5。
进一步地，在步骤S5中，计算待校准传感器的灵敏度公式为：Sc＝Pc/Ps·Ss，其中，Sc为待校准传感器的灵敏度，Ss为标准传感器的灵敏度，Pc为待校准传感器的压力值，Ps为标准传感器的压力值。
进一步地，在步骤S6中，使用最小二乘法将灵敏度Sca、Scb、Sc1～Scn-1进行线性化。
为了实现上述目的二，本发明提供了一种压电式压力传感器校准装置，包括用于施加连续压力的压力发生器、用于将传感器检测信号进行放大的信号放大器、用于采集多路信号的数据采集卡以及逻辑运算单元，所述的信号放大器、数据采集卡和逻辑运算单元依次连接；压力发生器对标准传感器和待校准传感器同时施加连续压力，标准传感器和待校准传感器的检测信号经过信号放大器放大后输入数据采集卡，逻辑运算单元根据数据采集卡获取标准传感器和待校准传感器的检测信号计算待校准传感器的线性误差。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有的优点为：
1、通过获取标准传感器的第一压力曲线和待校准传感器的第二压力曲线，并在多个时间点处根据第一压力曲线的压力值和对应标准传感器的灵敏度以及第二压力曲线的压力值计算得到待校准传感器的灵敏度，能根据连续的压力值进行校准、工作效率高、结果准确性高；
2、根据第一压力曲线中的最大值Pmax确定第一压力曲线中10％·Pmax和90％·Pmax两个值对应的时间点Ta和Tb，可以减小第一压力曲线在最大值和最小值处曲率的影响，保证校准结果准确性；
3、时间点Ta和Tb均为同一连续压力递增段内的时间点，可以减小压力波动对检测的影响，提高校准精度；
4、使用最小二乘法将灵敏度进行线性化，拟合精度高，速度快。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为第一压力曲线和第二压力曲线的示意图；
图3为第一压力曲线和第二压力曲线的放大示意图；
图4为本发明的结构示意图。
其中：1-压力发生器、2-信号放大器、3-数据采集卡、4-逻辑运算单元、5-标准传感器、6-待校准传感器。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅图1-4，一种压电式压力传感器校准方法，包括以下步骤，
S1、对标准传感器和待校准传感器同时施加连续压力；
S2、获取标准传感器检测到的第一压力曲线和待校准传感器检测到的第二压力曲线；
S3、根据第一压力曲线中的最大值Pmax确定第一压力曲线中10％·Pmax对应的时间点Ta和90％·Pmax对应的时间点Tb，可以减小第一压力曲线在最大值和最小值处曲率的影响，保证校准结果准确性；
S4、将时间点Ta至Tb的时间段等分为n份，得到对应的时间点T1～Tn-1，n值越大，校准的精度越高，但对数据处理的速度就越慢，作为优选，时间段等分数n≧5，能有效保证校准结果准确性；
S5、分别在时间点Ta、Tb、T1～Tn-1处根据第一压力曲线的压力值和对应标准传感器的灵敏度以及第二压力曲线的压力值计算得到待校准传感器在所述时间段对应的灵敏度Sca、Scb、Sc1～Scn-1；
S6、将灵敏度Sca、Scb、Sc1～Scn-1进行线性化得到待校准传感器的线性误差。
在步骤S3中，时间点Ta和Tb均为同一连续压力递增段内的时间点，可以减小压力波动对检测的影响，提高校准精度。
在步骤S5中，计算待校准传感器的灵敏度公式为：Sc＝Pc/Ps·Ss，其中，Sc为待校准传感器的灵敏度，Ss为标准传感器的灵敏度，Pc为待校准传感器的压力值，Ps为标准传感器的压力值。
在步骤S6中，使用最小二乘法将灵敏度Sca、Scb、Sc1～Scn-1进行线性化，拟合精度高，速度快。
如图2、3所示，曲线A表示第一压力曲线，曲线B表示第二压力曲线，在图3中，将时间点Ta至Tb的时间段均分为5份，分别得到中间的时间点T1、T2、T3、T4。
通过获取标准传感器的第一压力曲线和待校准传感器的第二压力曲线，并在多个时间点处根据第一压力曲线的压力值和对应标准传感器的灵敏度以及第二压力曲线的压力值计算得到待校准传感器的灵敏度，能根据连续的压力值进行校准、工作效率高、结果准确性高。
一种压电式压力传感器校准装置，包括用于施加连续压力的压力发生器1、用于将传感器检测信号进行放大的信号放大器2、用于采集多路信号的数据采集卡3以及逻辑运算单元4，信号放大器2、数据采集卡3和逻辑运算单元4依次连接；压力发生器1对标准传感器5和待校准传感器6同时施加连续压力，标准传感器5和待校准传感器6的检测信号经过信号放大器2放大后输入数据采集卡3，逻辑运算单元4根据数据采集卡3获取标准传感器5和待校准传感器6的检测信号计算待校准传感器6的线性误差，并将线性误差输出；本装置结构简单、使用方便、能采集连续的压力值进行校准。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (5)

1.一种压电式压力传感器校准方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、对标准传感器和待校准传感器同时施加连续压力；
S2、获取标准传感器检测到的第一压力曲线和待校准传感器检测到的第二压力曲线；
S3、根据第一压力曲线中的最大值Pmax确定第一压力曲线中10%·Pmax对应的时间点Ta和90%·Pmax对应的时间点Tb；
S4、将时间点Ta至Tb的时间段等分为n份，得到对应的时间点T1～Tn-1；
S5、分别在时间点Ta、Tb、T1～Tn-1处根据第一压力曲线的压力值和对应标准传感器的灵敏度以及第二压力曲线的压力值计算得到待校准传感器在所述时间段对应的灵敏度Sca、Scb、Sc1～Scn-1；
S6、将灵敏度Sca、Scb、Sc1～Scn-1进行线性化得到待校准传感器的线性误差；
在步骤S5中，计算待校准传感器的灵敏度公式为：Sc=Pc/Ps·Ss，其中，Sc为待校准传感器的灵敏度，Ss为标准传感器的灵敏度，Pc为待校准传感器的压力值，Ps为标准传感器的压力值。
2.根据权利要求1所述的一种压电式压力传感器校准方法，其特征在于：在步骤S3中，所述时间点Ta和Tb均为同一连续压力递增段内的时间点。
3.根据权利要求1所述的一种压电式压力传感器校准方法，其特征在于：在步骤S4中，时间段等分数n≧5。
4.根据权利要求1所述的一种压电式压力传感器校准方法，其特征在于：在步骤S6中，使用最小二乘法将灵敏度Sca、Scb、Sc1～Scn-1进行线性化。
5.一种实现权利要求1-4任意一项所述压电式压力传感器校准方法的装置，其特征在于：包括用于施加连续压力的压力发生器（1）、用于将传感器检测信号进行放大的信号放大器（2）、用于采集多路信号的数据采集卡（3）以及逻辑运算单元（4），所述的信号放大器（2）、数据采集卡（3）和逻辑运算单元（4）依次连接；压力发生器（1）对标准传感器（5）和待校准传感器（6）同时施加连续压力，标准传感器（5）和待校准传感器（6）的检测信号经过信号放大器（2）放大后输入数据采集卡（3），逻辑运算单元（4）根据数据采集卡（3）获取标准传感器（5）和待校准传感器（6）的检测信号计算待校准传感器（6）的线性误差。
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