一种压力传感器的自主校准方法

摘要

本发明属于计量测试技术领域，涉及一种压力传感器的自主校准方法，可用于克服压力传感器在使用过程中因零点漂移、灵敏度漂移、增益偏差和器件参数不稳等原因造成测量精度不稳定问题。它主要包含六个关键步骤：（1）使用标准高精度校准设备对新的压力传感器进行标定、校准；（2）获取压力传感器在特定压力下随时间变化的特征值；（3）构建表征压力传感器本征变化规律的特征值序列；（4）对特征序列进行一次累加生成处理；（5）构建各特征值序列的一阶白化微分方程；（6）建立压力传感器工作新周期的标定线。本发明方法的使用无需配置任何硬件设备，校准精度高；传感器的校准过程实现自主化，特别适合于传感器人工校准无法涉及的场所。

主权项

1.一种压力传感器的自主校准方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤（1）使用标准高精度校准设备对新的压力传感器进行标定、校准；步骤（2）获取压力传感器在特定压力下随时间变化的特征值；步骤（3）构建表征压力传感器本征变化规律的特征值序列；步骤（4）对特征值序列进行一次累加生成处理；步骤（5）构建各特征值序列的一阶白化微分方程；步骤（6）建立压力传感器工作新周期的标定线。步骤（1）中所述的使用标准高精度校准设备对新的压力传感器进行标定、校准，具体实现过程如下：步骤（1）主要针对新的压力传感器，本发明的自主校准方法不能替代新压力传感器的标定、校准工作；新的压力传感器在使用标准高精度校准设备标定、校准后，在其前期的工作中测量数据趋于稳定，这部分稳定的测量数据是传感器后期自主校准的依据，测量数据不稳定的传感器也不能采用这种自主校准方法；如果一个在用压力传感器在前期较长的时间内已经不稳，那么必须使用标准高精度校准设备对其进行标定、校准；步骤（2）中所述的测量新的压力传感器在特定压力下随时间变化的特征值，具体实现过程如下：对于新的压力传感器或是已长期出现不稳问题的传感器，模拟压力传感器即将工作的环境进行特征数据提取测试，以该类压力传感器平均无故障时间（T_MTBF）为测试时间参考依据，取测试时间间隔T为1/25T_MTBF，每一轮测试中分别实验压力传感器在1/GF_s、2/GF_s、3/GF_s、…、（G-1）/10F_s、G/GF_s量值下的输出（其中G为满量程输入值F_s的分组数），测试压力传感器在1/5T_MTBF的测量数据；对于在用的现役传感器，该部分数据从其前期测量数据中调取；步骤（3）中所述的构建表征压力传感器本征变化规律的特征值序列，具体实现过程如下：对于新的压力传感器，根据输入压力的不同将测试得到的数据进行分组，得到G个数组，然后将各组内数据以测试时间远近为序进行排列，构成G个表征该压力传感器本征变化规律的特征值序列X₁、X₂、X₃、…、X_h、…、X_G；对于在用的需进行校准的压力传感器，则从测量系统内存中自动调取其近半年内的测量数据，以时间T为间隔，统计该段时间内测量的极大值F_max，以该值为基准，统计传感器每一时间间隔在1/GF_max、2/GF_max、3/GF_max、…、（G-1）/10F_max、G/GF_max量值下输出时某一值下传感器的输出；步骤（4）中所述的对特征值序列进行一次累加生成处理，具体实现过程如下：采用一次累加处理方法对这些特征值序列分别进行生成处理，利用数找数的规律的途径，发掘掩盖在序列数据内部的表征传感器性能变化的内在规律性；一次累加处理后，再对得到的各序列一次累加生成值构建传感器紧邻均值生成序列；步骤（5）中所述的构建各特征值序列一阶白化微分方程，具体实现过程如下：利用的原始特征值序列X₁、X₂、X₃、…、X_h、…、X_G和紧邻均值生成序列构建被校准压力传感器的一阶白化微分方程；得出传感器在m+1时间周期（即未来周期）的校准基准预测值：步骤（6）中所述的建立压力传感器工作新周期的标定线，具体实现过程如下：设定压力传感器下一工作周期的标定线方程为f(x)，将得到的各序列预测值通过如下条件拟合出方程的具体参数：$\min \underset{h=1}{\overset{G}{\Sigma }}{|f\left(x_h\right)-{\hat{x}}_h|}^2$通过上式解算函数f(x)中的变量，以f(x)为压力传感器新工作周期的标定线，从而实现压力传感器的自主标定。