面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统的制作方法

本发明涉及智能传感器及数据采集，具体为面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统。

背景技术：

1、随着化工过程工业中高腐蚀介质、高温波动以及宽温工况的持续增多，安装在反应釜、管线网络等位置的压力测点对采集系统的稳定性、适应性和连续性提出了严格的技术指标；尤其是在防腐压力检测情形下，压力信号不仅需要通过隔离结构完成介质隔离与压力传递，还需要在宽温环境条件下保持采样过程与输出数据的可靠性；因此，如何在防腐隔离条件下实现宽温环境中的压力数据自适应采集，已经成为相关技术领域中需要解决的问题；

2、传统的压力数据采集方式目前主要依赖于如下方式：采用固定采样频率进行压力信号采集、通过独立温度传感器获取环境或器件温度、在时钟异常时仅作停机或简单报警处理；但是固定采样频率、独立温度检测，以及简单时钟异常处理等方式都存在一定的缺陷，例如固定采样频率难以适应隔离膜片、灌充液及传感器机械传递带宽随温度变化而产生的动态响应差异；独立温度检测方式会增加系统结构复杂度，且温度信息与压力采样链路之间的一致性不足；时钟异常时仅停机或报警的方式则容易导致采样中断，难以在异常工况下持续输出带有时间信息和状态标志的压力数据。

技术实现思路

1、本发明提供面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统，用于解决现有压力数据采集方式在面对宽温工况时存在动态响应适应及时钟异常处理的技术缺陷。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

2、面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统，包括：防腐隔离组件，所述防腐隔离组件包括由耐腐蚀材料制成的隔离膜片和灌充液，用于将外部介质压力传递至与所述防腐隔离组件物理耦合的压力传感器；所述压力传感器包含压敏惠斯通电桥，用于输出差模压力信号和共模电压信号；

3、信号提取电路，用于提取所述差模压力信号并输出至模数转换器，提取所述共模电压信号并输出至共模调理电路；所述共模调理电路用于根据所述共模电压信号生成温度值；采样频率计算单元，用于根据所述温度值和预设的温度与截止频率对应关系确定目标采样频率；

4、时钟生成电路，用于根据所述目标采样频率生成采样时钟，并内置备用时钟源产生备用采样时钟输出至时钟保护电路；时钟保护电路，用于对所述采样时钟的频率进行范围限制，在所述采样时钟的频率超出预设范围时切换并输出所述备用时钟源的备用采样时钟，并输出状态标志；

5、所述模数转换器用于根据所述采样时钟或所述备用采样时钟对所述差模压力信号进行采样，输出压力数字序列；数据输出单元用于根据采样计数累加生成时间信息，获取采样频率信息，接收所述时钟保护电路输出的所述状态标志，并将所述时间信息、所述采样频率信息、所述状态标志与所述压力数字序列打包输出压力数据。

6、优选地，所述防腐隔离组件还包括灌充液腔体和内部封装支撑结构；所述隔离膜片由钽、哈氏合金或蒙乃尔合金制成；所述灌充液为全氟聚醚类氟油或耐高温低挥发硅油。

7、优选地，所述信号提取电路包括仪表放大器和无源电阻网络；所述仪表放大器用于对所述差模压力信号进行放大，得到压力采样模拟输入；所述压敏惠斯通电桥具有两个输出节点，所述无源电阻网络用于基于所述两个输出节点的电压提取所述共模电压信号。

8、优选地，所述共模调理电路包括缓冲单元、激励归一化单元和低通滤波单元；所述激励归一化单元用于根据预设的桥路激励电压对所述共模电压信号进行归一化处理，得到归一化共模电压；所述低通滤波单元用于对所述归一化共模电压进行平滑处理，得到滤波共模电压；所述共模调理电路还用于根据所述滤波共模电压和预设的温度标定关系生成温度值。

9、优选地，所述低通滤波单元用于按照预设平滑因子对所述归一化共模电压进行平滑处理，所述预设平滑因子的取值范围为0.85至0.98。

10、优选地，所述采样频率计算单元用于根据所述温度值查询所述预设的温度与截止频率对应关系得到传感器机械截止频率，并按照预设带宽匹配倍率根据所述传感器机械截止频率确定目标采样频率，所述预设带宽匹配倍率的取值范围为2.2至3.2。

11、优选地，所述采样频率计算单元用于将所述目标采样频率限制在预设最小采样频率和预设最大采样频率之间，得到设定采样频率。

12、优选地，所述时钟生成电路包括映射控制单元、数模转换器、压控振荡器、施密特整形器和分频器；所述映射控制单元用于根据所述设定采样频率通过预设的电压频率控制曲线映射确定数字控制电压值，并经所述数模转换器转换为模拟的控制电压后送入所述压控振荡器；所述压控振荡器用于根据所述控制电压输出振荡频率信号，所述施密特整形器用于对所述振荡频率信号进行整形，所述分频器用于根据分频系数对所述整形后的信号分频并输出采样时钟。

13、优选地，所述时钟保护电路包括检测分频器、计数器和窗口比较器，用于检测所述采样时钟的频率；所述时钟保护电路还配置有时间基准单元，用于为所述计数器提供预设窗口周期，并为恢复确认过程提供预设计数周期；

14、当所述采样时钟的频率与所述设定采样频率的偏差超过预设的允许频率偏差时，所述时钟保护电路用于切换至备用采样时钟并输出状态标志；所述预设的允许频率偏差为相对设定采样频率的固定百分比偏差，所述备用采样时钟的频率为预设的安全采样频率。

15、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

16、1.本系统通过从压敏惠斯通电桥中同时提取差模压力信号和共模电压信号，并将共模电压经缓冲、归一化、低通平滑后换算为温度值，使温度获取与压力采样链路保持一致，避免依赖独立温度传感器带来的结构复杂和一致性不足问题；

17、2.本系统通过依据温度与截止频率对应关系自适应确定目标采样频率，并在上下限范围内形成设定采样频率，使采样频率随隔离结构和传递带宽的温度变化同步调整，提升宽温条件下的采集适配性；

18、3.本系统通过时钟生成电路与时钟保护电路协同工作，在采样时钟越界时自动切换至备用采样时钟并输出状态标志，结合恢复确认与保持机制减少异常情况下的采样中断；通过数据输出单元同步打包时间信息、采样频率信息、状态标志与压力数字序列，使采样过程、时钟切换过程和压力数据一一对应，便于后续记录、识别和处理，从而提升防腐压力测点在宽温工况下的数据连续性、可靠性和可追溯性。

1.面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统，其特征在于，所述防腐隔离组件还包括灌充液腔体和内部封装支撑结构；所述隔离膜片由钽、哈氏合金或蒙乃尔合金制成；所述灌充液为全氟聚醚类氟油或耐高温低挥发硅油。

3.根据权利要求1所述的面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统，其特征在于，所述信号提取电路包括仪表放大器和无源电阻网络；所述仪表放大器用于对所述差模压力信号进行放大，得到压力采样模拟输入；所述压敏惠斯通电桥具有两个输出节点，所述无源电阻网络用于基于所述两个输出节点的电压提取所述共模电压信号。

4.根据权利要求1所述的面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统，其特征在于，所述共模调理电路包括缓冲单元、激励归一化单元和低通滤波单元；所述激励归一化单元用于根据预设的桥路激励电压对所述共模电压信号进行归一化处理，得到归一化共模电压；所述低通滤波单元用于对所述归一化共模电压进行平滑处理，得到滤波共模电压；所述共模调理电路还用于根据所述滤波共模电压和预设的温度标定关系生成温度值。

5.根据权利要求4所述的面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统，其特征在于，所述低通滤波单元用于按照预设平滑因子对所述归一化共模电压进行平滑处理，所述预设平滑因子的取值范围为0.85至0.98。

6.根据权利要求1所述的面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统，其特征在于，所述采样频率计算单元用于根据所述温度值查询所述预设的温度与截止频率对应关系得到传感器机械截止频率，并按照预设带宽匹配倍率根据所述传感器机械截止频率确定目标采样频率，所述预设带宽匹配倍率的取值范围为2.2至3.2。

7.根据权利要求6所述的面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统，其特征在于，所述采样频率计算单元用于将所述目标采样频率限制在预设最小采样频率和预设最大采样频率之间，得到设定采样频率。

8.根据权利要求7所述的面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统，其特征在于，所述时钟生成电路包括映射控制单元、数模转换器、压控振荡器、施密特整形器和分频器；所述映射控制单元用于根据所述设定采样频率通过预设的电压频率控制曲线映射确定数字控制电压值，并经所述数模转换器转换为模拟的控制电压后送入所述压控振荡器；所述压控振荡器用于根据所述控制电压输出振荡频率信号，所述施密特整形器用于对所述振荡频率信号进行整形，所述分频器用于根据分频系数对所述整形后的信号分频并输出所述采样时钟。

9.根据权利要求7所述的面向智能传感器的防腐型宽温压力数据自适应采集系统，其特征在于，所述时钟保护电路包括检测分频器、计数器和窗口比较器，用于检测所述采样时钟的频率；所述时钟保护电路还配置有时间基准单元，用于为所述计数器提供预设窗口周期，并为恢复确认过程提供预设计数周期；