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一種壓力傳感器標定裝置和方法以及具有該裝置的設備.pdf

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一種 壓力傳感器 標定 裝置 方法 以及 具有 設備
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摘要
申請專利號:

CN201510787082.3

申請日:

2015.11.17

公開號:

CN106706211A

公開日:

2017.05.24

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G01L 27/00申請日:20151117|||公開
IPC分類號: G01L27/00 主分類號: G01L27/00
申請人: 劉垚
發明人: 劉垚
地址: 100011 北京市朝陽區安華里四區9號樓3單元102
優先權:
專利代理機構: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535 代理人: 劉元霞;牛艷玲
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510787082.3

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.06.16|||2017.05.24

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種壓力傳感器標定裝置,該壓力傳感器標定裝置包括底座、氣囊、橫梁、支柱和標定電路系統;其中,支柱用于支撐橫梁,氣囊固定在橫梁上,從而將氣囊置于橫梁和底座之間;底座用于放置待標定的壓力傳感器,該壓力傳感器的一側表面貼于底座,另一側表面貼于氣囊外表面;標定電路系統通過信號線采集該壓力傳感器的輸出信號,標定電路系統通過導氣管與氣囊連接,對氣囊進行充氣和排氣,并采集氣囊內的壓力信號。本發明還涉及一種壓力傳感器標定方法及具有上述裝置的設備。該方案實施簡便,可以自動執行,方便生產過程中對傳感器進行大批量的標定和產品定期的校準。

權利要求書

1.一種壓力傳感器標定裝置,其特征在于,該壓力傳感器標定裝置包括底座、氣囊、橫
梁、支柱和標定電路系統;其中,支柱用于支撐橫梁,氣囊固定在橫梁上,從而將氣囊置于
橫梁和底座之間;底座用于放置待標定的壓力傳感器,該壓力傳感器的一側表面貼于底座,
另一側表面貼于氣囊外表面;標定電路系統通過信號線采集該壓力傳感器的輸出信號,標定
電路系統通過導氣管與氣囊連接,對氣囊進行充氣和排氣,并采集氣囊內的壓力信號。
2.根據權利要求1所述的壓力傳感器標定裝置,其特征在于,標定電路系統顯示采集到
的各信號。
3.一種壓力傳感器標定裝置,其特征在于,該壓力傳感器標定裝置包括底座、氣囊、橫
梁、支柱和自動標定電路系統;其中,支柱用于支撐橫梁,氣囊固定在橫梁上,從而將氣囊
置于橫梁和底座之間;底座用于放置待標定的壓力傳感器,該壓力傳感器的一側表面貼于底
座,另一側表面貼于或靠近氣囊外表面;自動標定電路系統通過信號線采集該壓力傳感器的
輸出信號,自動標定電路系統通過導氣管與氣囊連接,對氣囊進行充氣和排氣,并采集氣囊
內的壓力信號。
4.根據權利要求3所述的壓力傳感器標定裝置,其特征在于,該自動標定電路系統包括
氣路控制部和電路控制部,氣路控制部用于對氣囊的充氣和排氣進行控制,電路控制部用于
對采集到的各信號進行處理。
5.根據權利要求4所述的壓力傳感器標定裝置,其特征在于,氣路控制部包括氣泵、單
通氣閥和雙通氣閥,電路控制部包括氣壓傳感器、單片機、多路調理電路和多路模/數轉換電
路;單片機通過控制氣泵、雙通氣閥和單通氣閥來精確控制氣囊的充氣和放氣過程;待測壓
力傳感器信號經過多路調理電路和多路模/數轉換電路處理后輸出給單片機,氣壓傳感器信號
經過多路模/數轉換電路處理后輸出給單片機,由單片機根據接收到的氣壓傳感器的輸出值和
待測壓力傳感器的輸出值,自動對所有待測傳感器進行逐一標定。
6.根據權利要求5所述的壓力傳感器標定裝置,其特征在于,氣壓傳感器為帶溫濕度補
償特性的氣壓傳感器。
7.根據權利要求3所述的壓力傳感器標定裝置,其特征在于,該標定電路系統還包括通
信接口電路,該通信接口電路用于發送單片機的處理結果。
8.一種如權利要求1至7中任一項所述的壓力傳感器標定裝置的標定方法,其特征在于,
該方法包括如下步驟:
步驟S1:將待測定的壓力傳感器放置在底座上,啟動標定電路系統;
步驟S2:標定電路系統通過導氣管對氣囊進行充氣,檢測和讀取氣囊內的壓力值和該壓
力傳感器的輸出值;
步驟S3:對氣囊內的壓力值和該壓力傳感器的輸出值進行處理,得到該壓力傳感器的補
償值,實現對該壓力傳感器的標定。
9.一種如權利要求5所述的壓力傳感器標定裝置的標定方法,其特征在于,該方法包括
如下步驟:
步驟400:用戶將待測定的壓力傳感器放置在底座上后,啟動自動標定電路系統;
步驟401:打開氣泵和雙通氣閥,關閉單通氣閥,對氣囊進行預充氣;
步驟402:檢測氣囊內氣壓變化,當氣囊內氣壓值達到預設氣壓初始值A后,停止氣泵
充氣;
步驟403:讀取此時的氣壓傳感器壓力值B0和壓力傳感器壓力值C0;
步驟404:重新啟動氣泵進行充氣,充氣過程維持預設時間T后,停止充氣;
步驟405:讀取此時氣壓傳感器壓力值Bn和壓力傳感器壓力值Cn;
步驟406:判斷此時氣壓傳感器壓力值Bn是否達到預設值D,若達到預設值D,則跳到
步驟407,否則,跳回步驟404;
步驟407:打開單通氣閥,對氣囊進行排氣;
步驟408:根據每次執行步驟405時讀取的氣壓傳感器壓力值Bn和待校準壓力傳感器值
Cn,對待校準壓力傳感器的靜態力特性進行標定;
步驟409:根據每次步驟403到步驟405讀取的氣壓傳感器壓力變化值Bn-B0與待校準
壓力傳感器變化值Cn-C0分別進行算數平均運算,利用兩者的算數平均運算結果對待校準壓
力傳感器的動態力特性進行標定;
步驟410:保存并通過通信接口電路將標定結果輸出,退出自動標定程序。
10.一種具有如權利要求1至7中任一項所述的裝置的設備,其特征在于,該設備還包
括綁定結構,其中,該橫梁為弧形硬質彈性支撐物,綁定結構用于在進行該壓力傳感器標定
時,將該設備固定于圓柱體標準件上。優選地,該設備為腕帶式脈診儀或腕帶式血壓計。

說明書

一種壓力傳感器標定裝置和方法以及具有該裝置的設備

技術領域

該發明創造屬于儀器標定技術領域,具體涉及一種壓力傳感器標定裝置和方法以及具有
該裝置的設備。

背景技術

壓力傳感器是一種能夠將壓力信號轉換成電信號的傳感器,其廣泛應用于各種行業中,
涉及醫療器械、水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、
電力、船舶、機床、管道等眾多行業。通常,新研制或生產的傳感器需要對其技術性能進行
全面的檢定,以確定其基本的靜、動態特性,包括靈敏度、重復性、非線性、遲滯、精度及
固有頻率等。這樣,產品的設計才能符合固定的標準,從而保持產品的一致性。然而,隨著
產品使用次數的增多和環境的變化,產品中壓力傳感器的性能會逐漸發生變化,用戶在長期
使用中必須定期對產品進行重新標定和校準,以保證產品的準確性,延長產品的使用壽命。

圖1示出了一種常用的壓力傳感器標定方法。此方法的關鍵要素有三個:統一的壓力源、
待標定的壓力傳感器和壓力標準器。當統一的壓力源同時作用于待標定的壓力傳感器和壓力
標準器時,壓力標準器可以測得壓力的標準值,待標定的壓力傳感器通過特定電路可以輸出
待測值,如電壓、電阻和電容等。以壓電傳感器為例,若通過壓力源產生不同大小的壓力變
化,壓力標準器記錄下每一次壓力的變化值,同時待測壓電傳感器記錄下每一次的電路電壓
輸出值,這樣就可以得到該傳感器的壓力與電壓值的對應曲線圖,也就是該傳感器的標定曲
線。通過標定曲線,可以計算出該傳感器的誤差范圍,利用軟件對該傳感器的壓力值結果進
行相應補償。

目前的傳感器標定方法大多需要人工參與,并且每個傳感器只能單獨標定,標定速度慢,
工作量大,這也直接增加了生產的成本。另外,當傳感器集成到產品中后,會隨著使用頻度
和溫濕度的變化而變化,導致測量失去準確性。如果產品需要定期校準,將會對廠商帶來極
大的工作量。

發明內容

本發明的目的是提供一種壓力傳感器標定裝置和方法以及具有該裝置的設備,該方案實
施簡便,可以自動執行,方便生產過程中對傳感器進行大批量的標定和產品定期的校準。

本發明提出的一種壓力傳感器標定裝置,該壓力傳感器標定裝置包括底座、氣囊、橫梁、
支柱和標定電路系統;其中,支柱用于支撐橫梁,氣囊固定在橫梁上,從而將氣囊置于橫梁
和底座之間;底座用于放置待標定的壓力傳感器,該壓力傳感器的一側表面貼于底座,另一
側表面貼于氣囊外表面;標定電路系統通過信號線采集該壓力傳感器的輸出信號,標定電路
系統通過導氣管與氣囊連接,對氣囊進行充氣和排氣,并采集氣囊內的壓力信號。

本發明還提出了另一種壓力傳感器標定裝置,該壓力傳感器標定裝置包括底座、氣囊、
橫梁、支柱和自動標定電路系統;其中,支柱用于支撐橫梁,氣囊固定在橫梁上,從而將氣
囊置于橫梁和底座之間;底座用于放置待標定的壓力傳感器,該壓力傳感器的一側表面貼于
底座,另一側表面貼于或靠近氣囊外表面;自動標定電路系統通過信號線采集該壓力傳感器
的輸出信號,自動標定電路系統通過導氣管與氣囊連接,對氣囊進行充氣和排氣,并采集氣
囊內的壓力信號。

優選地,該自動標定電路系統包括氣路控制部和電路控制部,氣路控制部用于對氣囊的
充氣和排氣進行控制,電路控制部用于對采集到的各信號進行處理。

更優選地,氣路控制部包括氣泵、單通氣閥和雙通氣閥,電路控制部包括氣壓傳感器、
單片機、多路調理電路和多路模/數轉換電路;單片機通過控制氣泵、雙通氣閥和單通氣閥來
精確控制氣囊的充氣和放氣過程;待測壓力傳感器信號經過多路調理電路和多路模/數轉換電
路處理后輸出給單片機,氣壓傳感器信號經過多路模/數轉換電路處理后輸出給單片機,由單
片機根據接收到的氣壓傳感器的輸出值和待測壓力傳感器的輸出值,自動對所有待測傳感器
進行逐一標定。

更優選地,該標定電路系統還包括通信接口電路,該通信接口電路用于發送單片機的處
理結果。

更優選地,氣壓傳感器為帶溫濕度補償特性的氣壓傳感器。

優選地,標定電路系統顯示采集到的各信號。

本發明還提出了一種如前所述的壓力傳感器標定裝置的標定方法,該方法包括如下步驟:

步驟S1:將待測定的壓力傳感器放置在底座上,啟動標定電路系統;

步驟S2:標定電路系統通過導氣管對氣囊進行充氣,檢測和讀取氣囊內的壓力值和該壓
力傳感器的輸出值;

步驟S3:對氣囊內的壓力值和該壓力傳感器的輸出值進行處理,得到該壓力傳感器的補
償值,實現對該壓力傳感器的標定。

本發明還提出了另一種如前所述的壓力傳感器標定裝置的標定方法,該方法包括如下步
驟:

步驟400:用戶將待測定的壓力傳感器放置在底座上后,啟動自動標定電路系統;

步驟401:打開氣泵和雙通氣閥,關閉單通氣閥,對氣囊進行預充氣;

步驟402:檢測氣囊內氣壓變化,當氣囊內氣壓值達到預設氣壓初始值A后,停止氣泵
充氣;

步驟403:讀取此時的氣壓傳感器壓力值B0和壓力傳感器壓力值C0;

步驟404:重新啟動氣泵進行充氣,充氣過程維持預設時間T后,停止充氣;

步驟405:讀取此時氣壓傳感器壓力值Bn和壓力傳感器壓力值Cn;

步驟406:判斷此時氣壓傳感器壓力值Bn是否達到預設值D,若達到預設值D,則跳到
步驟407,否則,跳回步驟404;

步驟407:打開單通氣閥,對氣囊進行排氣;

步驟408:根據每次執行步驟405時讀取的氣壓傳感器壓力值Bn和待校準壓力傳感器值
Cn,對待校準壓力傳感器的靜態力特性進行標定;

步驟409:根據每次步驟403到步驟405讀取的氣壓傳感器壓力變化值Bn-B0與待校準
壓力傳感器變化值Cn-C0分別進行算數平均運算,利用兩者的算數平均運算結果對待校準壓
力傳感器的動態力特性進行標定;

步驟410:保存并通過通信接口電路將標定結果輸出,退出自動標定程序。

本發明還提出了一種具有前述裝置的設備,該設備還包括綁定結構,其中,該橫梁為弧
形硬質彈性支撐物,綁定結構用于在進行該壓力傳感器標定時,將該設備固定于圓柱體標準
件上。

優選地,該設備為腕帶式脈診儀或腕帶式血壓計。

本發明的有益效果:

1.本發明由于使用一定面積的氣囊作為激勵,可以一次性對多個傳感器進行統一標定,
提高效率。

2.本發明通過將激勵源的控制、壓力標準器的讀取進行統一控制,利用軟件自動對待測
壓力傳感器進行標定,降低生產成本和時間。

附圖說明

圖1是現有的壓力傳感器標定結構示意圖。

圖2是本發明壓力傳感器標定裝置的一種實施例的結構示意圖。

圖3是本發明壓力傳感器標定裝置的另一種實施例的結構示意圖。

圖4是本發明壓力傳感器標定裝置的自動標定方法的流程示意圖。

圖5是本發明壓力傳感器標定裝置的應用示例圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白,以下結合具體實施例,并參照附圖,
對本發明進一步詳細說明。但本領域技術人員知曉,本發明并不局限于附圖和以下實施例。

本發明利用氣囊充氣時內外壓力一致的特性,將待校準的壓力傳感器與氣囊外部接觸,
通過檢測氣囊外部壓力變化值,以及檢測氣囊內部氣壓變化值,經比較分析兩者檢測到的變
化值,從而對待標定的壓力傳感器進行標定和校準。

實施例1:圖2示出了本發明壓力傳感器標定裝置的整體結構的一種實施例。該壓力傳
感器標定裝置包括放置待校準的壓力傳感器202的底座201、氣囊203、橫梁204、支柱207
和標定電路系統208。為了使測量更準確,更符合使用時的環境,底座201的材料的力學特
性與產品實際使用中與壓力傳感器202接觸的物體的力學特性接近。若干待校準的壓力傳感
器202放置在底座201上,壓力傳感器202的一側表面貼在底座201上。氣囊203固定在橫
梁204上,橫梁204固定在支柱207上。標定電路系統208通過信號線206對壓力傳感器202
的輸出信號進行采集,標定電路系統208通過導氣管205與氣囊203連接。使用時,標定電
路系統208通過導氣管205對氣囊203進行充氣和放氣,檢測和讀取氣囊203內的標準壓力
值和壓力傳感器202的輸出值,進行壓力傳感器的標定。壓力傳感器的標定可以由人參與計
算和補償,也可以由標定電路系統自動進行。壓力傳感器的標定采用人參與計算和補償時,
將待測定的壓力傳感器放置在底座上,啟動標定電路系統;標定電路系統通過導氣管對氣囊
進行充氣,檢測和讀取氣囊內的壓力值和該壓力傳感器的輸出值;對氣囊內的壓力值和該壓
力傳感器的輸出值進行處理,得到該壓力傳感器的補償值,實現對該壓力傳感器的標定。采
用自動標定的方式如圖3所示。

實施例2:圖3示出了本發明壓力傳感器標定裝置的自動標定電路系統的一種實施例。
本實施例中,標定電路系統為自動標定電路系統,其他結構同實施例1。該自動標定電路系
統包括氣路控制部和電路控制部。氣路控制部包括氣泵、單通氣閥和雙通氣閥,電路控制部
包括氣壓傳感器、單片機、多路調理電路、多路模/數轉換電路和通信接口電路。其中,氣壓
傳感器優選采用經過嚴格壓力校準的、帶溫濕度補償特性的氣壓傳感器。單片機通過控制氣
泵、雙通氣閥和單通氣閥來精確控制氣囊的充氣和放氣過程。待測壓力傳感器信號經過多路
調理電路和多路模/數轉換電路處理后輸出給單片機,氣壓傳感器信號經過多路模/數轉換電路
處理后輸出給單片機,由單片機根據接收到的氣壓傳感器的輸出值和待測壓力傳感器的輸出
值,自動對所有待測傳感器進行逐一標定。通信接口電路用于發送單片機的處理結果,其他
外部設備接收到該處理結果后,可以直接對壓力傳感器進行補償,也可以顯示該處理結果,
便于使用者了解壓力傳感器的參數狀況。可以顯示該處理結果的設備包括手機、平板或電腦
等智能終端。

結合圖2和圖3對該系統的標定原理進行說明。在此系統中,當氣囊203充氣鼓起并同
時壓于橫梁204和設置有壓力傳感器的底座201,氣囊203內部的氣壓與外表面壓于底座201
的壓力將保持相等。此后,當氣囊充氣時,氣囊內部壓力的變化可以被標定電路系統中的氣
壓傳感器檢測到,氣囊外表面的壓力變化可以被壓力傳感器202檢測到。在此裝置中,氣囊
內部壓力和氣囊表面壓力為相同壓力源,氣壓傳感器為壓力校準器。這樣,通過精確控制氣
囊內壓力的變化,利用標準氣壓傳感器的氣壓檢測結果,可以對待標定的壓力傳感器進行標
定。

圖4是該裝置自動標定方法的流程示意圖。

步驟400:用戶將待測定的壓力傳感器202放置在底座201上后,啟動自動標定電路系
統;

步驟401:打開氣泵和雙通氣閥,關閉單通氣閥,對氣囊進行預充氣,預充氣的目的是
保證壓力傳感器與底座充分貼合上;

步驟402:檢測氣囊內氣壓變化,當氣囊內氣壓值達到預設氣壓初始值A后,停止氣泵
充氣,氣壓預設初始值A的設置應該盡量保證壓力傳感器輕微貼合于底座上;

步驟403:讀取此時的氣壓傳感器壓力值B0和壓力傳感器壓力值C0;

步驟404:重新啟動氣泵進行充氣,充氣過程維持預設時間T后,停止充氣。此處預設
時間T的設置應綜合考慮氣泵的充氣速度、傳感器的靈敏度和傳感器的測量范圍,避免對壓
力傳感器和氣囊造成損壞;

步驟405:讀取此時氣壓傳感器壓力值Bn和壓力傳感器壓力值Cn;

步驟406:判斷此時氣壓傳感器壓力值Bn是否達到預設值D,若達到預設值D,則跳到
步驟407,否則,跳回步驟404。預設值D的設置應考慮壓力傳感器可承受的壓力范圍進行
設置,避免對壓力傳感器造成損壞;

步驟407:打開單通氣閥,對氣囊進行排氣;

步驟408:根據每次執行步驟405時讀取的氣壓傳感器壓力值Bn和待校準壓力傳感器值
Cn,對待校準壓力傳感器的靜態力特性進行標定;

步驟409:根據每次步驟403到步驟405讀取的氣壓傳感器壓力變化值Bn-B0與待校準
壓力傳感器變化值Cn-C0分別進行算數平均運算,利用兩者的算數平均運算結果對待校準壓
力傳感器的動態力特性進行標定;

步驟410:保存并通過通信接口電路將標定結果輸出,退出自動標定程序。

實施例3:圖5是一種可以利用本發明進行壓力傳感器標定的小型化實施例。該設備501
的結構主要包括弧形硬質彈性支撐物502、綁定布504、氣囊506、導氣管508、壓力傳感器
507和標定電路系統503。其中,壓力傳感器507是待標定和校準的壓力傳感器,可以是1個
或多個壓力傳感器。綁定布504用于將設備501捆綁于圓柱體標準件505上。自動標定電路
系統的構成和功能與圖3所示相同。圓柱體標準件505推薦使用接近實測物體的材料,比如,
若傳感器用于人體的壓力檢測,則可以選用有一定柔軟度和彈性的橡膠或硅膠材料。在壓力
標定時,將設備綁于圓柱體標準件505上,壓力傳感器507與圓柱體標準件505表面接觸。
當氣囊充氣時,壓力傳感器以與氣囊內氣體相同的壓力壓于圓柱體505表面。整個傳感器的
標定過程與圖4所示的過程相同。

需要說明的是,本發明所述的原理除了能用于產品的生產過程中,也可能用于某些基于
氣囊加壓的產品中,這樣的產品本身即可以實現如本發明所述的自動標定功能,并可以隨時
對產品的傳感器進行自動校準。因此,利用本發明所述原理進行自動校準的產品,也屬于本
發明的保護范圍。典型的產品包括腕帶式脈診儀和腕帶式血壓計等。

以上,對本發明的實施方式進行了說明。但是,本發明不限定于上述實施方式。凡在本
發明的精神和原則之內,所做的任何修改、等同替換、改進等,均應包括在本發明的保護范
圍之內。

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