本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種測試量程區(qū)間可調(diào)的壓力傳感器及其信號校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

目前，數(shù)字壓力傳感器的量程一般是固定不便的，一款數(shù)字壓力傳感器對應(yīng)一個固定的精度保證量程，但在實際的應(yīng)用中，根據(jù)應(yīng)用條及使用環(huán)境的變化需要兩個甚至多個精度保證量程；在這種情況下，一是使用多個數(shù)字壓力傳感器，二是犧牲常用量程區(qū)間精度選用寬量程測量；前者會增加產(chǎn)品成本，可操作性低，而后者會影響傳感器的使用功能，降低測試精度。例如：數(shù)字壓力傳感器在手機(jī)及可穿戴應(yīng)用中，一方面需要數(shù)字壓力傳感器可以測量海拔-1000m～9000m的變化，即壓力精度保證區(qū)間在(30KPa～110KPa)；另一方面需要辨別海拔在-700m～1000m之間的爬樓高度，即壓力保證區(qū)間(90KPa～110KPa)，如果為了滿足(30KPa～110KPa)量程則會犧牲(90KPa～110KPa)量程的精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種壓力傳感器及其信號校準(zhǔn)方法，以解決目前壓力傳感器的量程固定不變，在測量范圍與測量精度之間存在矛盾等問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種壓力傳感器信號校準(zhǔn)方法，壓力傳感器包括至少兩個量程區(qū)間，在各量程區(qū)間內(nèi)均配置有相應(yīng)放大倍數(shù)的放大器以及相應(yīng)偏移量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；信號校準(zhǔn)方法包括：在量程區(qū)間內(nèi)選取校準(zhǔn)壓力點(diǎn)；根據(jù)所選取的校準(zhǔn)壓力點(diǎn)與相對應(yīng)量程區(qū)間內(nèi)的放大倍數(shù)和偏移量，對量程區(qū)間進(jìn)行溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)，獲取對應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，并儲存至對應(yīng)的存儲器中；根據(jù)存儲器中相應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，對壓力MEMS芯片采集到的原始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)輸出。

此外，優(yōu)選的方案是，在對量程區(qū)間進(jìn)行溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)的過程中，根據(jù)校準(zhǔn)方程參數(shù)獲取對應(yīng)的校準(zhǔn)方程，校準(zhǔn)方程為壓力與溫度的二元方程；根據(jù)校準(zhǔn)方程，對壓力MEMS芯片采集到的原始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)輸出。

此外，優(yōu)選的方案是，壓力傳感器還包括溫度MEMS芯片，將溫度MEMS芯片采集的當(dāng)前溫度信號以及壓力MEMS芯片采集的原始壓力信號代入校準(zhǔn)方程中，獲取校準(zhǔn)后的壓力輸出值。

此外，優(yōu)選的方案是，在獲取對應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)的過程中，建立對應(yīng)量程區(qū)間內(nèi)的校準(zhǔn)方程模型，校準(zhǔn)方程模型包括待求解的校準(zhǔn)系數(shù)；在量程區(qū)間內(nèi)選取若干組校準(zhǔn)壓力點(diǎn)，校準(zhǔn)壓力點(diǎn)的組數(shù)不小于校準(zhǔn)方程模型中待求解的校準(zhǔn)系數(shù)的個數(shù)，將每組校準(zhǔn)壓力點(diǎn)中的溫度信號和壓力信號代入校準(zhǔn)方程模型中；根據(jù)最小二乘法求解校準(zhǔn)方程模型中的校準(zhǔn)系數(shù)，獲取該量程區(qū)間內(nèi)的校準(zhǔn)方程。

此外，優(yōu)選的方案是，各量程區(qū)間采用相同形式的校準(zhǔn)方程模型；或者，采用不同形式的校準(zhǔn)方程模型。

此外，優(yōu)選的方案是，校準(zhǔn)壓力點(diǎn)在對應(yīng)的量程區(qū)間內(nèi)均勻分布。

此外，優(yōu)選的方案是，在對壓力MEMS芯片采集到的原始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)輸出的過程中，通過顯示單元對校準(zhǔn)后的壓力信號進(jìn)行顯示輸出。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種壓力傳感器，利用上述壓力傳感器信號校準(zhǔn)方法對壓力傳感進(jìn)行校準(zhǔn)；其中，壓力傳感器包括采集溫度信號的溫度MEMS芯片、采集原始壓力信號的壓力MEMS芯片，以及與壓力MEMS芯片順次連接的補(bǔ)償校準(zhǔn)單元、存儲器以及數(shù)字信號處理器；其中，壓力傳感器包括至少兩個量程區(qū)間，在各量程區(qū)間內(nèi)均配置有相應(yīng)的放大器的放大倍數(shù)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的偏移量；補(bǔ)償校準(zhǔn)單元，根據(jù)在量程區(qū)間內(nèi)選取的校準(zhǔn)壓力點(diǎn)與相對應(yīng)量程區(qū)間內(nèi)的放大倍數(shù)和偏移量，對量程區(qū)間進(jìn)行溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)，獲取對應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，并儲存至對應(yīng)的存儲器中；數(shù)字信號處理器，根據(jù)存儲器中相應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，對壓力MEMS芯片采集到的原始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)輸出。

此外，優(yōu)選的方案是，補(bǔ)償校準(zhǔn)單元進(jìn)一步包括放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，放大器用于對MEMS芯片采集到的原始壓力信號進(jìn)行放大；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將放大器放大后的原始壓力信號進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。

此外，優(yōu)選的方案是，還包括壓力顯示單元，壓力顯示單元用于將數(shù)字信號處理器獲得的校準(zhǔn)后的數(shù)字壓力信號進(jìn)行顯示輸出。

利用上述根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器及其信號校準(zhǔn)方法，設(shè)置有多個量程區(qū)間，針對不同的量程區(qū)間配置有相應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，在選用不同的量程區(qū)間時，可以根據(jù)對應(yīng)區(qū)間內(nèi)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，對壓力傳感器的輸出電壓進(jìn)行校準(zhǔn)，壓力傳感器的適用范圍廣，能夠確保產(chǎn)品的測量精度一直處于最佳狀態(tài)。

為了實現(xiàn)上述以及相關(guān)目的，本發(fā)明的一個或多個方面包括后面將詳細(xì)說明并在權(quán)利要求中特別指出的特征。下面的說明以及附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的某些示例性方面。然而，這些方面指示的僅僅是可使用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些方式。此外，本發(fā)明旨在包括所有這些方面以及它們的等同物。

附圖說明

通過參考以下結(jié)合附圖的說明及權(quán)利要求書的內(nèi)容，并且隨著對本發(fā)明的更全面理解，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將更加明白及易于理解。在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的壓力傳感器信號校準(zhǔn)方法的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的壓力傳感器原理框圖。

在所有附圖中相同的標(biāo)號指示相似或相應(yīng)的特征或功能。

具體實施方式

在下面的描述中，出于說明的目的，為了提供對一個或多個實施例的全面理解，闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，很明顯，也可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實現(xiàn)這些實施例。在其它例子中，為了便于描述一個或多個實施例，公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以方框圖的形式示出。

為詳細(xì)描述本發(fā)明實施的壓力傳感器及其信號校準(zhǔn)方法，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的壓力傳感器信號校準(zhǔn)方法的流程。

如圖1所示，在本發(fā)明實施例的壓力傳感器信號校準(zhǔn)方法中，其中壓力傳感器包括至少兩個量程區(qū)間，在各量程區(qū)間內(nèi)均配置有相應(yīng)放大倍數(shù)的放大器以及相應(yīng)偏移量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；信號校準(zhǔn)方法包括以下步驟：

S110：在量程區(qū)間內(nèi)選取校準(zhǔn)壓力點(diǎn)；

S120：根據(jù)所選取的校準(zhǔn)壓力點(diǎn)與相對應(yīng)量程區(qū)間內(nèi)的放大倍數(shù)和偏移量，對量程區(qū)間進(jìn)行溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)，獲取對應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，并儲存至對應(yīng)的存儲器中；

S130：根據(jù)存儲器中相應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，對壓力MEMS芯片采集到的原始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)輸出。

在步驟S120中，在對量程區(qū)間進(jìn)行溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)的過程中，根據(jù)校準(zhǔn)方程參數(shù)獲取對應(yīng)的校準(zhǔn)方程，校準(zhǔn)方程為壓力與溫度的二元方程，根據(jù)獲取的校準(zhǔn)方程，對壓力MEMS芯片采集到的原始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)輸出。其中，壓力傳感器還包括溫度MEMS，將溫度MEMS芯片采集的當(dāng)前溫度信號以及壓力MEMS芯片采集的原始壓力信號代入校準(zhǔn)方程中，即可獲取校準(zhǔn)后的壓力輸出值。

在本發(fā)明的一個具體實施方式中，在獲取對應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)的過程中，首先建立對應(yīng)量程區(qū)間內(nèi)的校準(zhǔn)方程模型，校準(zhǔn)方程模型包括待求解的校準(zhǔn)系數(shù)，在量程區(qū)間內(nèi)選取若干組校準(zhǔn)壓力點(diǎn)，校準(zhǔn)壓力點(diǎn)的組數(shù)不小于校準(zhǔn)方程模型中待求解的校準(zhǔn)系數(shù)的個數(shù)，將每組校準(zhǔn)壓力點(diǎn)中的溫度信號和壓力信號代入校準(zhǔn)方程模型中；最終，根據(jù)最小二乘法求解校準(zhǔn)方程模型中的校準(zhǔn)系數(shù)，獲取該量程區(qū)間內(nèi)的校準(zhǔn)方程。

其中，各量程區(qū)間可以采用相同形式的校準(zhǔn)方程模型；或者，采用不同形式的校準(zhǔn)方程模型；同時，校準(zhǔn)壓力點(diǎn)在對應(yīng)的量程區(qū)間內(nèi)均勻分布或者不規(guī)則分布均可。

在步驟S130中，可以通過顯示單元，例如，顯示屏或者觸摸屏等，對校準(zhǔn)后的壓力信號進(jìn)行顯示輸出。其中，顯示單元可以進(jìn)一步包括壓力顯示單元和和量程區(qū)間顯示單元，在選取不同的量程區(qū)間后，能夠通過壓力顯示單元，對數(shù)字信號處理器獲得的校準(zhǔn)后的數(shù)字壓力信號進(jìn)行顯示輸出，而量程區(qū)間顯示單元則可以顯示當(dāng)前所選取的量程，方便測試人員對輸出數(shù)據(jù)的讀取以及后期處理等。

與上述壓力傳感器信號校準(zhǔn)方法相對應(yīng)，本發(fā)明還提供一種壓力傳感器，利用上述壓力傳感器信號校準(zhǔn)方法對壓力傳感進(jìn)行校準(zhǔn)。

具體地，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的壓力傳感器原理。

如圖2所示，本發(fā)明實施例的壓力傳感器包括采集溫度信號的溫度MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng))芯片、采集原始壓力信號的壓力MEMS芯片，以及與壓力MEMS芯片順次連接的補(bǔ)償校準(zhǔn)單元、存儲器以及數(shù)字信號處理器；其中，壓力傳感器包括至少兩個量程區(qū)間，在各量程區(qū)間內(nèi)均配置有相應(yīng)放大器的放大倍數(shù)以及相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的偏移量；補(bǔ)償校準(zhǔn)單元，根據(jù)在量程區(qū)間內(nèi)選取的校準(zhǔn)壓力點(diǎn)與相對應(yīng)量程區(qū)間內(nèi)的放大倍數(shù)和偏移量，對量程區(qū)間進(jìn)行溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)，獲取對應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，并儲存至對應(yīng)的存儲器中；數(shù)字信號處理器，根據(jù)存儲器中相應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，對壓力MEMS芯片采集到的原始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)輸出。

其中，補(bǔ)償校準(zhǔn)單元進(jìn)一步包括放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，放大器用于根據(jù)對應(yīng)的放大倍數(shù)對MEMS芯片采集到的原始壓力信號進(jìn)行放大；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將放大器放大后的原始壓力信號根據(jù)對應(yīng)的偏移量進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，最終形成可供數(shù)字信號處理器處理的數(shù)字信號。

換言之，本發(fā)明實施例的壓力傳感器包括用于采集溫度信號的溫度MEMS芯片、采集初始壓力信號的壓力MEMS芯片，以及與壓力MEMS芯片順次連接的放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、存儲器以及數(shù)字信號處理器；其中，壓力傳感器包括多個量程區(qū)間，在各量程區(qū)間內(nèi)均配置有相應(yīng)的放大器的放大倍數(shù)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的偏移量；例如：放大倍數(shù)GAIN1及對應(yīng)的偏移量OFFSET1，放大倍數(shù)GAIN2及對應(yīng)的偏移量OFFSET2等。

結(jié)合壓力傳感器信號校準(zhǔn)方法，在對壓力傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)的過程中，首先選取校準(zhǔn)壓力點(diǎn)，根據(jù)與校準(zhǔn)壓力點(diǎn)相對應(yīng)量程區(qū)間內(nèi)的放大倍數(shù)和偏移量，對該量程區(qū)間進(jìn)行溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)，從而獲取與該區(qū)間對應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，并將其儲存至對應(yīng)的存儲器中，或者存儲至存儲器的ROM1中；然后，與存儲器ROM1對應(yīng)的數(shù)字信號處理器DSP1根據(jù)存儲器ROM1中相應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)，對壓力MEMS芯片采集到的原始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)輸出。

具體地，在對量程區(qū)間進(jìn)行溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)的過程中，首先根據(jù)校準(zhǔn)方程參數(shù)獲取對應(yīng)的校準(zhǔn)方程，校準(zhǔn)方程為壓力與溫度的二元方程，例如，溫度值[T1，T2，T3…Tn]與壓力值[P1，P2，P3…Pn](其中，n為自然數(shù))之間的關(guān)系為二次函數(shù)關(guān)系；數(shù)字信號處理器DSP1根據(jù)獲取的校準(zhǔn)方程，將溫度MEMS芯片采集的當(dāng)前溫度信號以及壓力MEMS芯片采集的原始壓力信號均代入相應(yīng)的校準(zhǔn)方程中，即可獲取校準(zhǔn)后的壓力輸出值，從而實現(xiàn)通過數(shù)字信號處理器對壓力MEMS芯片采集到的原始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)輸出的目的。

其中，在選用不同量程區(qū)間時，可根據(jù)對應(yīng)的放大倍數(shù)和偏移量獲取對應(yīng)量程區(qū)間內(nèi)的校準(zhǔn)方程，從而使得輸出的壓力信號持續(xù)保持較高的精確度。

在本發(fā)明的一個具體實施方式中，可以在獲取對應(yīng)的校準(zhǔn)方程參數(shù)的過程中，建立對應(yīng)量程區(qū)間內(nèi)的校準(zhǔn)方程模型，校準(zhǔn)方程模型包括待求解的校準(zhǔn)系數(shù)，在量程區(qū)間內(nèi)選取若干組校準(zhǔn)壓力點(diǎn)；其中，校準(zhǔn)壓力點(diǎn)的組數(shù)不小于校準(zhǔn)方程模型中待求解的校準(zhǔn)系數(shù)的個數(shù)，將每組校準(zhǔn)壓力點(diǎn)中的溫度信號和壓力信號代入校準(zhǔn)方程模型中，根據(jù)最小二乘法求解校準(zhǔn)方程模型中的校準(zhǔn)系數(shù)，從而最終獲取該量程區(qū)間內(nèi)的校準(zhǔn)方程。

此外，各量程區(qū)間可以采用相同形式的校準(zhǔn)方程模型；或者，采用不同形式的校準(zhǔn)方程模型。同時，校準(zhǔn)壓力點(diǎn)的選取也可以采用多種方式，例如，校準(zhǔn)壓力點(diǎn)在對應(yīng)的量程區(qū)間內(nèi)均勻分布，或者主要分布在量程區(qū)間的兩端和中部位置。

在本發(fā)明的一個具體實施方式中，壓力傳感器還可以包括壓力顯示單元以及量程區(qū)間顯示單元，在選取不同的量程區(qū)間后，能夠通過壓力顯示單元，對數(shù)字信號處理器獲得的校準(zhǔn)后的數(shù)字壓力信號進(jìn)行顯示輸出，而量程區(qū)間顯示單元則可以顯示當(dāng)前的選取量程，方便測試人員對輸出數(shù)據(jù)的讀取以及后期處理等。

需要說明的是，本發(fā)明實施例中的壓力傳感器裝置及其對應(yīng)的壓力傳感器校準(zhǔn)方法，相同之處可相互借鑒，此處不再一一贅述。

綜上所示，本發(fā)明提供的壓力傳感器及其信號校準(zhǔn)方法，設(shè)置有多個不同的量程區(qū)間，針對每個量程區(qū)間均設(shè)置有匹配的校準(zhǔn)方程，用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇不同的放大倍數(shù)、偏移量和校準(zhǔn)方程，并依據(jù)對應(yīng)的校準(zhǔn)方程對初始壓力信號進(jìn)行校準(zhǔn)輸出，使用范圍廣、成本低，并且在選用不同的量程區(qū)間時，均可保壓力傳感器的測量精度。

如上參照附圖以示例的方式描述根據(jù)本發(fā)明的壓力傳感器及其信號校準(zhǔn)方法。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對于上述本發(fā)明所提出的壓力傳感器及其信號校準(zhǔn)方法，還可以在不脫離本發(fā)明內(nèi)容的基礎(chǔ)上做出各種改進(jìn)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容確定。