一种全桥型压力传感器的信号调理芯片和信号调理方法与流程

1.本发明提出了一种全桥型压力传感器的信号调理芯片和信号调理方法，属于传感器电路技术领域。


背景技术：

2.压力传感器的采集过程需要将压力信号转换为易传输与处理的电信号，通常压力传感器输出的微小信号需通过后续的电路进行信号调理后，才能得到满足要求的压力检测电信号。信号调理包括温度误差补偿，失调补偿，信号放大与平移等技术。比如大多数传感器的敏感原件均采用金属或半导体材料，由于压力传感器的工作环境温度变化又较大，这就给测量结果带来误差，所以需要给压力传感器加上温度误差补偿，也即会产生信号调理电路和对应芯片，然而，现有的信号调理电路和芯片由于电路结构复杂和信号转换次数较多，常会出现因电路结构复杂，信号处理阶段较多而造成精度损耗，导致测量偏差较大的问题发生。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种全桥型压力传感器的信号调理芯片和信号调理方法，用以解决现有全桥型压力传感器的信号调理电路精度损耗较大，测量偏差较大的问题，所采取的技术方案如下：
4.一种全桥型压力传感器的信号调理芯片，所述信号调理芯片包括理论值检测模块、信号调理电路、核心处理器、开关、开关控制器和信号调整模块；所述理论值检测模块和信号调理电路的信号输出端均与所述核心处理器进行电连接；所述信号调理电路与开关进行电连接；所述开关分别与开关控制器和所述信号调整模块进行电连接；所述核心处理器的信号输出端分别与所述开关控制器和信号调整模块进行电连接。
5.其中，所述全桥型压力传感器的电压信号输出端分别与所述理论值检测模块和信号调理电路的电压信号输入端相连；所述理论值检测模块的电压信号输出端与所述核心处理器的理论电压输入端相连；所述信号调理电路的电压信号输出端包括两个输出线路，一条所述输出线路的信号端与所述核心处理器的信号调理电压信号输入端相连；另一条输出线路的信号端与所述开关的信号输入端相连；所述开关的信号输出端分别与所述信号调理芯片的常规信号输出端口和所述信号调整模块的信号输入端相连；所述开关的控制信号输入端与所述开关控制器的控制信号输出端相连；所述开关控制器的控制信号输入端与所述核心处理器的开关控制信号输出端相连；所述信号调整模块的压差信号输入端与所述核心处理的的压差信号输出端相连；所述信号调整模块的电压信号输出端与所述信号调理芯片的调整信号输出端相连。
6.进一步地，所述理论值检测模块，用于通过压力检测获取所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号，并结合信号放大、温度误差补偿及失调补偿的归一化处理方法将所述电压值信号进行信号处理，获得所述全桥型压力传感器的理论输出电压值信号；
7.所述信号调理电路，用于对所述全桥型压力传感器进行放大处理，获得所述全桥型压力传感器对应的实际放大电压值信号；
8.所述核心处理器，用于根据所述理论输出电压值信号设置电压值浮动阈值，并对所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号进行实施对比；
9.所述信号调整模块，用于当所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值超出所述电压值浮动阈值时，对所述信号调理电路的输出值进行调整。
10.进一步地，所述理论值检测模块、信号调整模块和核心处理器均采用单片机为核心的电路模块结构。
11.进一步地，所述信号调整模块的运行过程包括：
12.步骤1、通过信号调理电路的电压信号输入获取所述信号调理电路输入的所述实际放大电压值；
13.步骤2、通过所述核心处理器的信号输入，获取所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值；
14.步骤3、将所述放大电压值与所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值形结合，计算获取调整后的实际放大电压值。
15.进一步地，所述信号调理电路包括可编程放大器、温度检测电路、多路复用器、模数转换模块、校准处理器、数模转换模块和缓冲放大器；所述可编程放大器的信号输入端与所述全桥型压力传感器的电压信号输出端相连；所述可编程放大器和温度检测电路的信号输出端分别与所述多路复用器的信号输入端对应相连；所述多路复用器的信号输出端与所述模数转换模块的信号输入端相连；所述模数转换器的信号输出端与所述校准处理器的信号输入端相连；所述校准处理器的信号输出端与所述数模转换器的信号输入端相连；所述数模转换器的信号输出端与所述缓冲放大器的信号输出端相连；所述缓冲放大器的信号输出端与所述信号调理芯片的常规信号输出端口相连。
16.一种全桥型压力传感器的信号调理方法，所述信号调理方法包括：
17.通过压力检测获取所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号，并结合信号放大、温度误差补偿及失调补偿的归一化处理方法将所述电压值信号进行信号处理，获得所述全桥型压力传感器的理论输出电压值信号；
18.将所述理论输出电压值信号存储至核心处理器中，并设置电压值浮动阈值；
19.利用信号调理电路对所述全桥型压力传感器进行放大处理，获得所述全桥型压力传感器对应的实际放大电压值信号；
20.将所述全桥型压力传感器对应的实际放大电压值信号输入至核心处理器中，所述核心处理器将所述信号调理电路进行信号调理处理输出的实际放大电压值与所述理论输出电压值信号进行实施对比；
21.当所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值超出所述电压值浮动阈值时，对所述信号调理电路的输出值进行调整。
22.进一步地，所述电压值浮动阈值的设置标准如下：
23.将所述理论输出电压值信号与所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号进行比较；
24.当所述理论输出电压值信号对所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号的
放大倍数小于4倍数值范围时，所述电压值浮动阈值设置要范围为0.062v-0.086v，其中，v表示理论输出电压值信号；
25.当所述理论输出电压值信号对所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号的放大倍数大于等于4倍数值，但小于5.5倍数值范围时，所述电压值浮动阈值设置要范围为0.075v-0.100v，其中，v表示理论输出电压值信号；
26.当所述理论输出电压值信号对所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号的放大倍数大于等于5.5倍数值时，所述电压值浮动阈值设置要范围为0.095v-0.112v，其中，v表示理论输出电压值信号。
27.进一步地，当所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值超出所述电压值浮动阈值时，对所述信号调理电路的输出值进行调整，包括：
28.将核心处理器实时判断所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值是否超出所述电压值浮动阈值；
29.当所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值超出所述电压值浮动阈值时，将所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值输入值信号调整模块；
30.利用核心处理器控制开关控制器控制开关将所述信号调理电路的实际放大电压值输出端与所述信号调整模块的信号输入端建立电连接，并且，通过开关控制器控制开关切断所述信号调理电路的常规信号输出端；
31.所述信号调整模块根据核心处理器输入所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值，对所述信号调理电路输入的实际放大电压值进行信号调整，使所述实际放大电压值趋近于所述理论输出电压值信号，获得调整后的实际放大电压值；
32.通过所述信号调整模块通过调整信号输出端将所述调整后的实际放大电压值进行电压信号输出。
33.进一步地，所述信号调整模块根据核心处理器输入所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值，对所述信号调理电路输入的实际放大电压值进行信号调整，包括：
34.通过信号调理电路的电压信号输入获取所述信号调理电路输入的所述实际放大电压值；
35.通过所述核心处理器的信号输入，获取所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值；
36.将所述放大电压值与所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值形结合，计算获取调整后的实际放大电压值。
37.本发明有益效果：
38.本发明提出的一种全桥型压力传感器的信号调理芯片和信号调理方法，通过理论计算获取压力传感器应有的理论输出电压值对出现误差的实际输出电压信号进行补偿调整来使所述信号调理电路实际输出的电压信号最大限度趋近于理论输出电压值。通过这种方式和电路结构能够有效降低信号调理电路因处理电路模块较多和信号处理阶段较多而造成的精度损耗度，有效提高信号调理电路输出电压信号的准确性和精度，进而极大程度上降低压力传感器的测量偏差，有效提高压力传感器的测量准确性。
附图说明
39.图1为本发明所述信号调理芯片的系统框图；
40.图2为本发明所述信号调理电路的系统框图；
41.图3为本发明所述信号调理方法的流程图。
具体实施方式
42.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
43.一种全桥型压力传感器的信号调理芯片，如图1所示，所述信号调理芯片包括理论值检测模块、信号调理电路、核心处理器、开关、开关控制器和信号调整模块；一种全桥型压力传感器的信号调理芯片，所述信号调理芯片包括理论值检测模块、信号调理电路、核心处理器、开关、开关控制器和信号调整模块；所述理论值检测模块和信号调理电路的信号输出端均与所述核心处理器进行电连接；所述信号调理电路与开关进行电连接；所述开关分别与开关控制器和所述信号调整模块进行电连接；所述核心处理器的信号输出端分别与所述开关控制器和信号调整模块进行电连接，其中，所述全桥型压力传感器的电压信号输出端分别与所述理论值检测模块和信号调理电路的电压信号输入端相连；所述理论值检测模块的电压信号输出端与所述核心处理器的理论电压输入端相连；所述信号调理电路的电压信号输出端包括两个输出线路，一条所述输出线路的信号端与所述核心处理器的信号调理电压信号输入端相连；另一条输出线路的信号端与所述开关的信号输入端相连；所述开关的信号输出端分别与所述信号调理芯片的常规信号输出端口和所述信号调整模块的信号输入端相连；所述开关的控制信号输入端与所述开关控制器的控制信号输出端相连；所述开关控制器的控制信号输入端与所述核心处理器的开关控制信号输出端相连；所述信号调整模块的压差信号输入端与所述核心处理的的压差信号输出端相连；所述信号调整模块的电压信号输出端与所述信号调理芯片的调整信号输出端相连。
44.如图2所示，所述信号调理电路包括可编程放大器、温度检测电路、多路复用器、模数转换模块、校准处理器、数模转换模块和缓冲放大器；所述可编程放大器的信号输入端与所述全桥型压力传感器的电压信号输出端相连；所述可编程放大器和温度检测电路的信号输出端分别与所述多路复用器的信号输入端对应相连；所述多路复用器的信号输出端与所述模数转换模块的信号输入端相连；所述模数转换器的信号输出端与所述校准处理器的信号输入端相连；所述校准处理器的信号输出端与所述数模转换器的信号输入端相连；所述数模转换器的信号输出端与所述缓冲放大器的信号输出端相连；所述缓冲放大器的信号输出端与所述信号调理芯片的常规信号输出端口相连。
45.其中，所述理论值检测模块，用于通过压力检测获取所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号，并结合信号放大、温度误差补偿及失调补偿的归一化处理方法将所述电压值信号进行信号处理，获得所述全桥型压力传感器的理论输出电压值信号；
46.所述信号调理电路，用于对所述全桥型压力传感器进行放大处理，获得所述全桥型压力传感器对应的实际放大电压值信号；
47.所述核心处理器，用于根据所述理论输出电压值信号设置电压值浮动阈值，并对所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号进行实施对比；
48.所述信号调整模块，用于当所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值超出所述电压值浮动阈值时，对所述信号调理电路的输出值进行调整。
49.其中，所述理论值检测模块、信号调整模块和核心处理器均采用单片机为核心的电路模块结构。并且，所述理论值检测模块、信号调整模块均和核心处理器通过采用的单片机或其他集成电路处理器和逻辑处理器，通过本实施例提出的模块功能进行编程来实现对应模块功能。
50.其中，所述信号调整模块的具体运行过程包括：
51.步骤1、通过信号调理电路的电压信号输入获取所述信号调理电路输入的所述实际放大电压值；
52.步骤2、通过所述核心处理器的信号输入，获取所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值；
53.步骤3、将所述放大电压值与所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值形结合，计算获取调整后的实际放大电压值。
54.上述技术方案的工作原理为：通过压力检测获取所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号，并结合信号放大、温度误差补偿及失调补偿的归一化处理方法将所述电压值信号进行信号处理，获得所述全桥型压力传感器的理论输出电压值信号；将所述理论输出电压值信号存储至核心处理器中，并设置电压值浮动阈值；利用信号调理电路对所述全桥型压力传感器进行放大处理，获得所述全桥型压力传感器对应的实际放大电压值信号；将所述全桥型压力传感器对应的实际放大电压值信号输入至核心处理器中，所述核心处理器将所述信号调理电路进行信号调理处理输出的实际放大电压值与所述理论输出电压值信号进行实施对比；当所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值超出所述电压值浮动阈值时，对所述信号调理电路的输出值进行调整。
55.上述技术方案的效果为：通过理论计算获取压力传感器应有的理论输出电压值对出现误差的实际输出电压信号进行补偿调整来使所述信号调理电路实际输出的电压信号最大限度趋近于理论输出电压值。通过这种方式和电路结构能够有效降低信号调理电路因处理电路模块较多和信号处理阶段较多而造成的精度损耗度，有效提高信号调理电路输出电压信号的准确性和精度，进而极大程度上降低压力传感器的测量偏差，有效提高压力传感器的测量准确性。另一方面，通过上述电路结构的设计，对信号调理电路本身的电路结构没有进行改动，指示通过外围进行电路添加，能够有效降低了电路结构变化对信号调理电路本身的影响，在进行电路改进的同时，最大程度上保证的信号调理电路的运行稳定性，反而防止增加的电路结构对信号调理电路自身运行准确性造成二次影响，反而提高了信号输出偏差的问题发生。
56.本发明实施例提出了一种全桥型压力传感器的信号调理方法，如图3所示，所述信号调理方法包括：
57.s1、通过压力检测获取所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号，并结合信号放大、温度误差补偿及失调补偿的归一化处理方法将所述电压值信号进行信号处理，获得所述全桥型压力传感器的理论输出电压值信号；
58.s2、将所述理论输出电压值信号存储至核心处理器中，并设置电压值浮动阈值；
59.s3、利用信号调理电路对所述全桥型压力传感器进行放大处理，获得所述全桥型
压力传感器对应的实际放大电压值信号；
60.s4、将所述全桥型压力传感器对应的实际放大电压值信号输入至核心处理器中，所述核心处理器将所述信号调理电路进行信号调理处理输出的实际放大电压值与所述理论输出电压值信号进行实施对比；
61.s5、当所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值超出所述电压值浮动阈值时，对所述信号调理电路的输出值进行调整。
62.当所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值超出所述电压值浮动阈值时，对所述信号调理电路的输出值进行调整，包括：
63.s501、将核心处理器实时判断所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值是否超出所述电压值浮动阈值；
64.s502、当所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值超出所述电压值浮动阈值时，将所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值输入值信号调整模块；
65.s503、利用核心处理器控制开关控制器控制开关将所述信号调理电路的实际放大电压值输出端与所述信号调整模块的信号输入端建立电连接，并且，通过开关控制器控制开关切断所述信号调理电路的常规信号输出端；
66.s504、所述信号调整模块根据核心处理器输入所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值，对所述信号调理电路输入的实际放大电压值进行信号调整，使所述实际放大电压值趋近于所述理论输出电压值信号，获得调整后的实际放大电压值；
67.s505、通过所述信号调整模块通过调整信号输出端将所述调整后的实际放大电压值进行电压信号输出。
68.其中，所述信号调整模块根据核心处理器输入所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值，对所述信号调理电路输入的实际放大电压值进行信号调整，包括：
69.s5041、通过信号调理电路的电压信号输入获取所述信号调理电路输入的所述实际放大电压值；
70.s5042、通过所述核心处理器的信号输入，获取所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值；
71.s5043、将所述放大电压值与所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值形结合，计算获取调整后的实际放大电压值。
72.上述技术方案的工作原理为：本实施例提出的信号调理方法依托的电路结构包括理论值检测模块、信号调理电路、核心处理器、开关、开关控制器和信号调整模块；所述全桥型压力传感器的电压信号输出端分别与所述理论值检测模块和信号调理电路的电压信号输入端相连；所述理论值检测模块的电压信号输出端与所述核心处理器的理论电压输入端相连；所述信号调理电路的电压信号输出端包括两个输出线路，一条所述输出线路的信号端与所述核心处理器的信号调理电压信号输入端相连；另一条输出线路的信号端与所述开关的信号输入端相连；所述开关的信号输出端分别与所述信号调理芯片的常规信号输出端口和所述信号调整模块的信号输入端相连；所述开关的控制信号输入端与所述开关控制器的控制信号输出端相连；所述开关控制器的控制信号输入端与所述核心处理器的开关控制
信号输出端相连；所述信号调整模块的压差信号输入端与所述核心处理的的压差信号输出端相连；所述信号调整模块的电压信号输出端与所述信号调理芯片的调整信号输出端相连。在电路运行过程中，首先，通过压力检测获取所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号，并结合信号放大、温度误差补偿及失调补偿的归一化处理方法将所述电压值信号进行信号处理，获得所述全桥型压力传感器的理论输出电压值信号；然后，将所述理论输出电压值信号存储至核心处理器中，并设置电压值浮动阈值；之后，利用信号调理电路对所述全桥型压力传感器进行放大处理，获得所述全桥型压力传感器对应的实际放大电压值信号；然后，将所述全桥型压力传感器对应的实际放大电压值信号输入至核心处理器中，所述核心处理器将所述信号调理电路进行信号调理处理输出的实际放大电压值与所述理论输出电压值信号进行实施对比；最后，当所述实际放大电压值与所述理论输出电压值信号之间的差异值超出所述电压值浮动阈值时，对所述信号调理电路的输出值进行调整。
73.上述技术方案的效果为：通过理论计算获取压力传感器应有的理论输出电压值对出现误差的实际输出电压信号进行补偿调整来使所述信号调理电路实际输出的电压信号最大限度趋近于理论输出电压值。通过这种方式和电路结构能够有效降低信号调理电路因处理电路模块较多和信号处理阶段较多而造成的精度损耗度，有效提高信号调理电路输出电压信号的准确性和精度，进而极大程度上降低压力传感器的测量偏差，有效提高压力传感器的测量准确性。另一方面，通过上述电路结构的设计，对信号调理电路本身的电路结构没有进行改动，指示通过外围进行电路添加，能够有效降低了电路结构变化对信号调理电路本身的影响，在进行电路改进的同时，最大程度上保证的信号调理电路的运行稳定性，反而防止增加的电路结构对信号调理电路自身运行准确性造成二次影响，反而提高了信号输出偏差的问题发生。
74.另一方面，本实施例提出的上述方法通过电压值浮动阈值的设置，能够进一步在精度调整的同时，降低对信号调理电路自身运行的影响度，通过上述电压值浮动阈值的设置能够首先使信号调理电路在检测允许范围内进行有效稳定的运行，当电路因为器件损耗和使用时长而产生输出电压偏差较大的情况下，在进行精度调整，不仅能够延长信号调理电路的使用寿命，同时能够做到随着信号调理电路的使用时长保证其输出精度和结果越来越趋近与理论值，即随着使用时间的增加反而能够提高输出结果的准确性，减少偏差度。
75.本发明的一个实施例，所述电压值浮动阈值的设置标准如下：
76.将所述理论输出电压值信号与所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号进行比较；
77.当所述理论输出电压值信号对所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号的放大倍数小于4倍数值范围时，所述电压值浮动阈值设置要范围为0.062v-0.086v，其中，v表示理论输出电压值信号；
78.当所述理论输出电压值信号对所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号的放大倍数大于等于4倍数值，但小于5.5倍数值范围时，所述电压值浮动阈值设置要范围为0.075v-0.100v，其中，v表示理论输出电压值信号；
79.当所述理论输出电压值信号对所述全桥型压力传感器对应输出的电压值信号的放大倍数大于等于5.5倍数值时，所述电压值浮动阈值设置要范围为0.095v-0.112v，其中，v表示理论输出电压值信号。
80.上述技术方案的效果为：通过上述电压浮动阈值的设置能够有效提高对信号调理电路输出信号监控的力度，同时，通过上述电压浮动阈值的设置能够不根据信号电路实际对压力传感器的信号放大实际情况和规格有针对性的记性浮动阈值设置，不仅能够有效提高本实施例提出的信号调理方法和芯片的应用广泛性，又能够保证所述信号调理方法和芯片的电压浮动阈值的设置能够针对实际信号放大的不同情况和规格进行自动调整。在提高电压浮动阈值的设置与实际信号放大的不同情况和规格之间配合设置的合理性的同时，提高了方法和芯片电压浮动阈值的自适应调节性，有效提高芯片自动化调节性能。
81.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。