[发明专利]一种压力传感器的自主校准方法

说明书

技术领域

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的测量精度不稳定问题。

背景技术

压力传感器在工业生产中有着广泛的应用，特别是在航天运载系统、载人航天工程系统、遥感测量及军工系统中具有重要的作用。由于受到环境复杂多变的影响，这些领域中所使用的压力传感器均需要长期和不间断地工作，传感器的长期稳定性受到很大的制约。在航天运载系统与载人航天工程系统，特别是在深空探测器等长期运行且不可返回的航天测控装置中，由于所处测量环境的温度变化、太空辐射和敏感元件蠕变等原因，使得所使用压力传感器的测量精度受到严重影响；不可靠或不稳定的观测数据会误导自主控制系统的决策，严重时甚至导致探测活动的失败。为了提高该领域压力传感器的测量精度及其稳定性，定期更换和复检定标是现阶段一项必不可少的工作。在军工系统与遥感测量等领域，传感器的更换和复检定标需要花费大量的人力、财力和物力；再者，在航天运载系统与载人航天工程系统中，有些设备是非返回的，相应设备上压力传感器的定期更换和复检定标是无法实现的。

处理该问题常用的方法主要有两类，即硬件冗余法与软件补偿法[樊尚春.传感器技术及应用.北京航空航天大学出版社]。

硬件冗余法又分为两种方式，一种方式是使用多个相同类型的传感器同时进行测量，以提高关键压力信号的测量精度，该方式适合于旅程较短的航天器。当空间旅程时间较长时则受制于传感器自身特性的限制，会出现多传感器精度整体下降的问题；另一种是在航天器运行的不同阶段，分批启用相同类型的多组传感器，该方式可以满足航天器在相对较长的旅程时间内的压力测量需求。当压力测量的部位相对较小而难以安装较多传感器时，不能采用这种方式，任何一点有效载荷对于深空探测而言都是极其可贵的，为了测量某一个局部的压力信号而使用大量传感器占用宝贵的载荷资源显然是不可取的。

软件补偿法是通过大量的、长时间的地面试验来测量压力传感器变化的特征，进而制定传感器的测量补偿表。该方法虽然能在一定条件下提高传感器长期工作的精度及其稳定性，但是由于每个压力传感器都有其自身的不同特征而且空间环境的影响是难于模拟的，该方法对于测量精度的提高有限，难于长时间维持深空探测器的高精度测量。

无需人工干预的自主校准技术为该问题的解决提供了一种新途径。

所述传感器的自主校准技术与自动校准技术有所不同，自主校准是指传感器在工作中无需外界干预的自行校准，它是智能化技术发展的结果[樊尚春.传感器技术及应用.北京航空航天大学出版社]。美国FSI公司在上世纪90年代对温盐传感器的频率信号和电压信号进行自主校准，提高了传感器的整体性能[苏锐.校准技术在温盐传感器的应用.海洋技术]。本世纪初美国海鸟公司将自主校准技术应用于其最新研发的CTD剖面仪上，它能够在长期使用或缓变干扰的情况下自主地修正测量数据，使仪器的长期稳定性和测量精度得到明显提高[于厚隆.国内外CTD校准实验室及校准技术研究的现状和展望]。随着智能化和数字化技术的深入发展，具备自主校准能力将是今后传感器发展的重点内容。

国内已有少量关于传感器自主校准的专利。例如专利(公开号CN201180032144.X)提出了具备自主校准功能的磁场传感器，通过配备基准磁场发生器，传感器能够根据需要适时校准输出值。该专利的校准设备属于传感器的一部分，采用了传感器与校准设备一体的设计方式，其不足之处是，校准附件的配置受到传感器体积的限制，难于在现役传感器上更换为这种自主校准的方式，还会增加硬件使用的成本，不适用于低价传感器。对相关文献资料的研究表明，其它具备自主校准功能的传感器也存在着类似的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服压力传感器现有校准技术的不足，提供一种压力传感器自主校准的新方法，在控制程序中加入本发明自主校准方法的控制算法，极大地提高和改进缓变环境下压力传感器的稳定性和准确度，使用本发明可以替代长期运行的线性与非线性压力传感器繁琐的定期更换和复检定标工作。

本发明的技术方案为：一种用于压力传感器的自主校准方法，包含如下步骤：

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；