0引言

      壓阻式壓力傳感器是利用半導體壓阻效應制成的壓力傳感器，具有體積小、精度高、穩(wěn)定性好等特點，廣泛應用于電力、石油化工、汽車電子等領(lǐng)域。然而，硅壓阻薄膜作為其核心，對溫度變化敏感，導致零點溫度漂移，影響傳感器的靈敏度。常用的溫度補償方法主要有兩種:硬件補償法和軟件補償法。但是，傳統(tǒng)的根據(jù)傳感器硬件特性進行補償?shù)姆椒ù嬖谡{(diào)試困難、精度低、通用性差等缺點，沒有工程上的實際應用。軟件補償技術(shù)可以很好地解決這些問題，因此越來越受到人們的重視。

1 基于軟件補償?shù)母呔�度壓力檢測系統(tǒng)

      軟件補償是將微處理器與壓力傳感器相結(jié)合，充分利用微處理器豐富的軟件功能，通過一定的補償算法對壓力傳感器溫度引起的誤差進行校正。無論采用哪種軟件補償方法，硬件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)都是相似的，不同之處在于算法。我們設(shè)計了一個以LPC2478為中央處理器的高精度壓力檢測系統(tǒng)，其主頻高達72 Mz，片上flash程序存儲器高達52 k，串口豐富。同時，系統(tǒng)采用了超高采樣精度的A - D，并配置了一塊SDRAM。

2 算法分析與實現(xiàn)

      目前，軟件補償方法主要有插值法、曲線曲面擬合法、查表法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡法。在插值方法_3中，假設(shè)數(shù)據(jù)是正確的，并且需要某種方法來描述數(shù)據(jù)之間發(fā)生的情況。曲線擬合方法試圖找到一條光滑的曲線，它是最好的擬合數(shù)據(jù)，但不需要經(jīng)過任何數(shù)據(jù)點。表查找方法是將一系列參數(shù)預加載到參數(shù)表中，

測量數(shù)據(jù)獲得后，根據(jù)相應的參數(shù)進行處理。表查找占用大量存儲空間，不適合微處理器。神經(jīng)網(wǎng)絡方法建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型，通過樣本訓練確定網(wǎng)絡參數(shù)。最大的缺點是網(wǎng)絡不穩(wěn)定，訓練時間長。本文提出了一種結(jié)合曲線擬合和三樣條插值的補償算法，可以顯著提高補償性能。

2.1 多項式擬合
      在曲線擬合方法中，多項式擬合是最合適的擬合方法，因為多項式擬合具有計算方便，擬合效果較好的優(yōu)點．多項式擬合是對給定的一組數(shù)據(jù) ( Xi，Yi ) ，1 ，2 ，… ，n，作一個 m 多項式(m《 n )

      式(2 ) 可展開為一個關(guān)于系數(shù) 的線性方程組，此方程組有唯一解，即為所求擬合多項式的系數(shù)。

2. 2 三次樣條插值

      樣條插值是一種改進的分段插值 ，它在每個相鄰節(jié)點的小區(qū)間構(gòu)造一個樣條函數(shù) ， 同時，為了保證節(jié)點處的連續(xù) ，要求在節(jié)點處有二階光滑度 ，即有連續(xù)的二階導數(shù)． 三次樣條插值函數(shù)定義 如下 ：

將Xk 和 Xk+1兩節(jié)點值代入 ，求得 Ak 和 Bk的表達式 ：

從式(4 ) 一(6 ) 可以看 出， 只要求 出 m (k = 0 ，1 ， … ，n) ，即可得至s(x)。

2.3 溫度補償模型

      壓力傳感器一般是在 n 個標準溫度 t，m 個標準壓力 Pj(j = 1 ，2 ，… ，m ) 下進行標定 ，得到 n ×m 組標定點． 基于標定過程得到的壓力傳感器的實測數(shù)據(jù)對(ti，pj，uij) 通過適當?shù)乃惴ㄇ蟮萌�者之前的函�?shù)關(guān)系如下，這里的是指壓力傳感器的輸出電壓。

      針對此溫度補償模 型， 給出結(jié)合曲線擬合和三次樣條插值的溫度補償算法步驟 ：

1) 固定溫度t1不變，對壓力P和電壓M進行二次曲線擬合，得到兩者關(guān)系曲線：P = f(u ) ； 固定溫度t2不變 ，對壓力 P 和 電壓 u 進行二次曲線擬合 ，得到兩者關(guān)系曲線：p =f (u ) ；依次類推 ，直至固定溫度 t不變 ，得到壓力P 和電壓 的二次曲線 ：p =fn (u ) ． 二次曲線擬合可通過在 M ATLAB中編程實現(xiàn)；

2) 實際測量過程中，將測得的電壓分別代人P = f1(u ) ，P =f2 (u ) ， … ，P = fn(u) 中，求 出在 n 個標準溫度下 的壓力值 ；

3) 對上述壓力值和標準溫度進行三次樣條插值，得到壓力 P 和溫度 t 的關(guān) 系曲線 ，三次樣條插值通過 C 語言編程在 A RM 中實現(xiàn) ；

4 ) 將溫度傳感器測得的實時溫度值代人上述曲線 ，即可得到經(jīng)過溫度補償?shù)膲毫χ怠?/span>

2. 4 實驗過程與結(jié)果分析

      表 1 給出了壓力標定點 、溫度標定點時傳感器輸出電壓值．

表 1 實驗標定數(shù)據(jù)

      根據(jù)前述算法步驟 ， 對實驗 數(shù)據(jù)進行 處理． 首先 ，固定溫度不變 ，對 P 和u 進行二次擬合得 ：

       從擬合結(jié)果可以看出，該實驗實用的傳感器在溫度 固定 的情況下 ， 具有良好的線性特性．分別在8.2 ℃ 、4.6℃ 、2 2.3 ℃ 和 36.5 ℃ 四個溫度點進行測試，經(jīng)過溫度補償以后的結(jié)果表2 ．

表 2 經(jīng)過溫補的壓力值

      該結(jié)果說明經(jīng)過采用曲線擬合和三次樣條插值相結(jié)合的補償方法后， 系統(tǒng)性能得到顯著提升， 同時，可以通過增加壓力和溫度標定點的方法，進一步提高溫補性能。

3 結(jié) 語

      本文提出的結(jié)合二次曲線擬合和三次樣條曲線插值 的溫度補償方法 ， 可以在標定點較少 的情況下實現(xiàn)較高精度 的溫度補償 ，這樣有效地減少 了傳感器標定時間和工作量． 如果對壓力傳感器 的精度 提出了更高的要求 ，在充分考慮成本 、硬件計算能力和運行速度的前提下 ，可以通過增加標 定點 的方法 提高系統(tǒng)性能 ，這對于解決 高精度壓力傳感器的溫度補償 問題具有一定 的理論意義和工程應用價值。

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