CN101490514B - 具有调节系数存储器的流量传感器 - Google Patents

Abstract

一种传感器，其包括耦合到信号调节集成电路的一个或多个传感换能器，其中信号调节集成电路包括信号调节电路和用于存储终端用户可下载系数的存储器。在优选实施例中，该集成电路是专用集成电路，该终端用户可下载系数由终端用户基于需要而预先选定，当校准传感器时将这些系数预先存储到专用集成电路中。从而获得一种相对于现有技术为成本低、体积小且功能改善的传感器装置。

Description

具有调节系数存储器的流量传感器

技术领域

本发明涉及传感器领域，更具体而言，涉及包含用于调节感测信号的调节电路的传感器。

背景技术

换能器是一种为了测量或信息传递将一种能量转换成另一种能量的装置。传感换能器是一种检测(感测)信号或物理条件并且然后将其转换成人可以读取和分析的信号的换能器类型。采用传感换能器的装置例如包括质量气流传感器、速度传感器、位置传感器、压力传感器、相关湿度传感器等等。

在某些情况下，采用组合传感器来测量多个信号或物理条件，使用单一一个传感器设备。组合传感器通常包括测量流量(例如，空气流、水流等等)的一个或多个传感换能器。流量传感器可以具有高度非线性输出，这是因为这些输出和许多因数有关，例如传感元件的电阻的温度系数、被测量的介质和换能器介质的热传递特性以及流动路径的机械尺寸。

众所周知，在此被称为“原始信号”的传感换能器的输出必须经过调节，以便能够被终端用户有效利用。信号调节电路和调节技术(也被称为“信号补偿”或“信号校正”)调节来自传感换能器的原始信号，而与传感换能器测量的量或传感换能器技术无关。

当组合传感器包括流量传感器时，该输出的高度非线性要求调节方案必然也是高度非线性的。其他因素也会影响传感换能器输出信号的线性和稳定性，例如传感器周围环境温度和多种传感技术的灵敏度，从而还需要增加对输出信号进行非线性调节的功能。

目前已经开发出专用集成电路(ASIC)来调节传感换能器信号，这些ASIC提供许多种程序化选项，可以选用其中的特定选项来匹配特定传感器技术的特性。因为在市面上有很多种传感器(压力、流量、速度、位置传感器等等)，所以不可能设计出一种万能的ASIC来调节每一种换能器输出的原始信号。然而，在大多数情况下，调节原始信号所要获得的特性基本类似(灵敏度、偏差、温度引发的灵敏度变化、温度引发的偏差变化和非线性特性)，因此目前已经开发出能够“粗”调原始信号达到上述基本特性的通用调节电路。粗调节在此是指利用低阶多项表达式来调节信号，例如2^nd阶或更低阶的多项表达式。粗调节所要达到的典型条件包括补偿因温度引发的灵敏度变化或因温度引发的信号偏差变化。

当前，传感器制造商采用两种方法来调节组合传感器的传感换能器输出的原始信号，然后将它们发送给用户，每一种方法都有其优点。在第一种方法中，信号调节专用集成电路包括这样的调节电路，它能够粗调节原始信号然后将将该粗调节的信号发送给终端用户。由于调节的基本水平已由专用集成电路来提供，所以终端用户不必提供或采用自有的处理器来进行调节，这样可以解放出来执行其他任务。这种方法的缺点是，调节的稳健性受到限制，但是有利于提供一种能够应用于多种场合的信号调节芯片。这种技术足以应付非常线性的输出，但是对于流量传感器和采用流量传感器的组合传感器的非线性输出却力不从心。

第二种方法是，为终端用户提供可下载补偿系数，该可下载补偿系数应用到从传感器接收原始信号的终端用户装置的处理器所处理的调节等式中。实际上，例如TEDS(换能器电子数据片)集成电路的存储器存储这种应用于例如信号调节领域的领域中的可下载系数。传感换能器将原始信号输出到终端用户装置，终端用户系统中的处理器将已经从存储器下载的最佳系数应用到等式，从而执行所需调节。利用从存储器地址获得的可下载系数使得终端用户可以根据需要灵活采用高阶(例如，3^rd阶或更高阶多项表达式)指数函数来调节换能器原始信号，而不必如上所述采用信号调节专用集成电路提供的更多通用调节系数。然而，由于终端用户对从传感换能器直接输出的原始信号执行调节过程，因此终端用户要实现调节要很大程度上依赖处理器。

希望提供一种这样的流量传感器和/或组合传感器，它采用集成电路，该集成电路可以满足特定终端用户的多种需求，为终端用户提供粗调节信号和可下载系数以便在需要时提供高级调节。

发明内容

根据本发明，一种流量传感器和/或组合传感器，包括集成信号调节集成电路，该集成信号调节集成电路包括信号调节电路和用于存储终端用户可下载系数的存储器。在优选实施例中，该终端用户可下载系数由终端用户根据需要预先选定，当传感器装置被校准时这些系数被预先存储到ASIC中。这样就获得一种更节约成本和空间的组合传感器，其功能相对于现有技术中的组合传感器被改善。

附图说明

图1是示出本发明的基本结构和概念的方块图；

图2是示出根据本发明执行的步骤的流程图。

具体实施方式

图1是示出本发明的优选实施例的基本结构和概念的方块图。参照图1，传感器100包括多个传感换能器102A、102B和102C，每个传感换能器输出原始信号至ASIC104的信号调节器108的输入端112。虽然在图1只示出三个传感换能器，但是也可以采用其他任意数量的换能器，它们都落入本发明的范围之内。这些原始信号对应于传感换能器102A、102B和/或102C感测的参数。信号调节器108通过公知方式调节来自传感换能器102A、102B和102C的原始信号，采用低阶多项表达式(例如，2^nd阶或更低阶)来产生粗调节信号，在该实施例中，该粗调节信号经输出端116输出到终端用户装置110。

传感换能器102A、102B和102C都可以是任意类型的传感换能器，例如，传感器102A可以是质量气流传感器，传感器102B可以是速度传感器，而传感器102C可以是压力传感器。在至少一个传感换能器感测会产生高度非线性输出的参数的情况中，例如感测流体流量的传感换能器，本发明是特别有用的。

终端用户装置110例如包括微处理器，终端用户利用该微处理器来分析、存储，及其它方式使用来自传感器102A、102B和102C的数据。该微处理器可以定制成实现该目的，更典型的情况是，该微处理器可以成为利用所分析的数据实现其他目的的更大型处理装置的一部分，例如，用于监测医院病人的呼吸、体温和心率的病人监测器。

ASIC104位于传感换能器102A、102B和102C和终端用户装置110之间。ASIC104装备有存储器106。该存储器106存储终端用户经输出端114下载到终端用户装置110的特定系数，以便执行特定任务。例如，终端用户可以在特定应用场合利用来自信号调节器108的粗调节信号，还需要利用预定等式和传感器特定正弦傅立叶系数，调节该粗调节信号，从而获得更加线性的信号。根据本发明，当传感器100被提供给终端用户时，存储器106具有特定终端用户存储的特定傅立叶系数，并且可由终端用户下载使用。

因此，终端用户可以利用传感器100，将它连接到终端用户装置110，然后在从传感器100接收感测信号之前，从存储器106下载可下载系数。这配置终端用户装置110不仅能够从信号调节器108接收粗补偿信号，而且还能够将从存储器106下载的预定系数应用到该粗补偿信号，经补偿之后，获得更加准确、高度补偿的信号。利用可下载系数执行的第二级补偿被称为“细调节”，意思是利用比粗调节采用的多项表达式更高阶的多项表达式来调节信号，例如3^rd或更高阶的多项表达式。

在图1中，传感换能器102A、102B和102C和ASIC104被示出为集成到传感器100中，但是，传感换能器102A-102C和ASIC104也可以形成为分离(非集成)的部件，这种非集成结构同样落入本发明的范围之内。而且，在该优选实施例中，存储器106和信号调节器108都配置在ASIC中，但是可以理解，存储器106和信号调节器108也可以配置在通用集成电路中，这种结构同样落入本发明的范围之内。

虽然存储器106包括一组任何终端用户可使用的通用系数，但是，在优选实施例中，存储器106在传送系数给终端用户使用之前可以被预配置，其中仅有终端用户采用的应用到调节等式所需要的特定系数。在优选实施例中，该存储器包括EEPROM。向存储器加载系数的过程是公知的，在此不再赘述。而且，在上述示例中，“更低阶”多项表达式被描述为2^nd或更低阶，高级调节被描述为采用3^rd或更高阶多项表达式来执行，这些都仅仅只是示例。本发明所要强调的是，第一级调节由集成电路上的信号调节电路来执行，第二级调节由终端用户装置利用在集成电路的存储器中存储的可下载系数来执行。

图2是根据本发明执行的步骤的流程图。在步骤200，传感器制造商/供应商和终端用户对采用一个或多个调节等式达成协议，其用于细调节从传感器100接收的粗调节信号。该等式例如也会根据传感器输出的原始信号的线性或非线性而不同。

在步骤202，校准传感器，终端用户所使用的用于等式中的系数下载到ASIC的存储器。优选的，在校准期间测试传感器的同时，将终端用户所需要的用于等式的系数安装到工厂。此外，可以在传送到终端用户之前后期制造过程期间存储这些系数。

在步骤204，传感器100连接到终端用户装置。在步骤206，通过连接到终端用户装置，来自ASIC的存储器的这些系数下载到终端用户装置以供它们使用。根据需要可以推迟该步骤，直到实际中需要这些系数。在步骤208，终端用户装置从传感器100的信号调节器108接收粗调节信号。

在步骤210，确定是否需要对来自传感换能器102A的原始信号输出进行细调节。如果需要细调节，则过程进行到步骤212，在该步骤，利用下载的系数和适当的等式，对来自传感换能器102A的原始信号进行进一步调节；然后过程进行到步骤218，在该步骤，采用来自传感换能器102A的细调节信号实现预期目的。

如果在步骤210确定不需要对来自传感换能器102A的原始信号输出进行细调节，则在步骤214确定是否需要对来自传感换能器102B的原始信号输出进行细调节。如果需要细调节，则过程前进到步骤212，在该步骤，利用下载的系数和适当的等式，对来自传感换能器102B的原始信号进行进一步调节；然后过程前进到步骤218，在该步骤，采用来自传感换能器102B的细调节信号实现预期目的。

如果在步骤214确定不需要对来自传感换能器102B的原始信号输出进行细调节，则在步骤216确定是否需要对来自传感换能器102C的原始信号输出进行细调节。如果需要细调节，则过程前进到步骤212，在该步骤，利用下载的系数和适当的等式，对来自传感换能器102C的原始信号进行进一步调节；然后过程前进到步骤218，在该步骤，采用来自传感换能器102C的细调节信号实现预期目的。

如果在步骤216确定不需要对来自传感换能器102C的原始信号输出进行细调节，则过程直接前进到步骤214，采用该粗调节信号实现期望目标。

由于具备将预先加载到传感器的可下载系数提供给终端用户的能力，传感器制造商可以生产出可以在多种场合下应用的高精度传感器。这使得传感器总成本降低，这对于制造商和终端用户而言都是利好结果。

利用标准的公知编程技术可以实现上述步骤。上述实施例的新颖性不在于具体的编程技术，而在于利用上述步骤来实现上述结果。用于实现本发明的软件编程代码通常存储在永久性存储器中。在客户/服务器环境中，这种软件编程代码可以存储到与服务器所关联的存储器中。该软件编程代码可以存储到数据处理系统采用的任意公知介质上，例如磁盘、硬盘驱动器或CD ROM。该代码可以存储到这些介质上，或者可以经某种网络从一种计算机系统的存储器或存储介质发送给用户，或者传送给其他计算机系统供其他系统的用户使用。用于在物理介质存储软件程序代码和/或经网络传送软件代码的技术和方法都众所周知的，在此不再赘述。

可以理解的是，所述的每一个部件和部件组合可以通过执行专门功能或步骤的通用和/或专用硬件系统来实现，或者可以通过通用和/或专用硬件和计算机指令的组合来实现。

这些程序指令可以提供给处理器以便构成机器，从而在处理器上执行这些指令，实现说明书中阐述的功能。这些计算机程序指令可以通过处理器来执行，从而形成处理器执行的一系列操作步骤，获得计算机可执行过程，从而在处理器上执行这些指令，提供实现说明书中阐述的功能所需的步骤。相应的，附图辅助说明了用于执行专门功能的装置的组合、用于执行专门功能的步骤组合、和用于执行专门功能的程序指令装置。

虽然在此说明了本发明的原理，但是本领域技术人员可以理解的是，说明书仅仅只是一种示例，而不用于限制本发明的范围。因此，权利要求覆盖本发明的所有变型的范围，它们都落入本发明的实质精神和范围之内。

Claims (10)

1.一种传感器装置，包括：

第一传感换能器，其用于感测第一参数并输出对应于所述感测的第一参数的第一原始信号；

信号调节电路，其用于接收从所述第一传感换能器输出的所述第一原始信号，对所述第一原始信号执行粗调节处理以产生第一粗调节信号，和经由第一传感器输出端输出所述第一粗调节信号；和

耦合到第二传感器输出的存储单元，用于存储在对从所述信号调节电路输出的所述第一粗调节信号执行细调节处理中要使用的预定传感器专用调节系数。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，还包括：

第二传感换能器，其用于感测第二参数并输出对应于所述感测的第二参数的第二原始信号；

其中所述信号调节电路接收从所述第二传感换能器输出的所述第二原始信号，对所述第二原始信号执行粗调节处理以产生第二粗调节信号，和经由所述第一传感器输出端输出所述第二粗调节信号。

3.根据权利要求1所述的传感器装置，其中：

所述信号调节电路和所述存储单元能够耦合到终端用户装置；

当所述信号调节电路和所述存储单元耦合到终端用户装置时，所述终端用户装置接收来自所述第一传感器输出端的所述第一粗调节信号，和来自所述第二传感器输出端的所述存储的系数；和

所述终端用户装置利用所述存储的系数对所述第一粗调节信号执行所述细调节处理。

4.根据权利要求2所述的传感器装置，其中：

所述信号调节电路和所述存储单元能够耦合到终端用户装置；

当所述信号调节电路和所述存储单元耦合到终端用户装置时，所述终端用户装置接收来自所述第一传感器输出端的所述第一粗调节信号和所述第二粗调节信号，和来自所述第二传感器输出端的所述存储的系数；以及

所述终端用户装置利用所述存储的系数对所述第一粗调节信号和/或所述第二粗调节信号执行所述细调节处理。

5.一种用于调节传感器感测的信号的方法，包括：

配置第一传感换能器以感测第一参数并输出对应于所述感测的第一参数的第一原始信号；

配置信号调节电路以接收从所述第一传感换能器输出的所述第一原始信号，对所述第一原始信号执行粗调节处理以产生第一粗调节信号，和经由第一传感器输出端输出所述第一粗调节信号；以及

配置耦合到第二传感器输出端的存储单元以存储在对从所述信号调节电路输出的所述第一粗调节信号执行细调节处理中要使用的预定传感器专用调节系数。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

配置第二传感换能器以感测第二参数并输出对应于所述感测的第二参数的第二原始信号；

配置所述信号调节电路以接收从所述第二传感换能器输出的所述第二原始信号，对所述第二原始信号执行粗调节处理以产生第二粗调节信号，和经由所述第一传感器输出端输出所述第二粗调节信号。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述信号调节电路和所述存储单元能够耦合到终端用户装置，所述方法还包括：

当所述信号调节电路和所述存储单元耦合到终端用户装置时，将来自所述第一传感器输出端的所述第一粗调节信号和来自所述第二传感器输出端的所述存储的系数输出到所述终端用户装置；以及

利用所述终端用户装置，采用所述存储的系数对所述第一粗调节信号执行所述细调节处理。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述信号调节电路和所述存储单元能够耦合到终端用户装置，所述方法还包括：

当所述信号调节电路和所述存储单元耦合到终端用户装置时，将来自所述第一传感器输出端的所述第一粗调节信号和所述第二粗调节信号和来自所述第二传感器输出端的所述存储的系数输出到所述终端用户装置；以及

利用所述终端用户装置，采用所述存储的系数对所述第一粗调节信号和/或所述第二粗调节信号执行所述细调节处理。

9.根据权利要求5所述的方法，其中所述信号调节电路和所述存储器都被配置成ASIC。

10.一种传感器装置，包括：

多个传感换能器，每个传感换能器用于感测参数并输出对应于其相应感测的参数的原始信号；

信号调节电路，其用于接收从所述多个传感换能器输出的所述每个原始信号，对所述每个原始信号执行粗调节处理以产生对应于每个原始信号的粗调节信号，和经由第一传感器输出端输出每个粗调节信号；以及

存储单元，其耦合到第二传感器输出端，用于存储在对从所述信号调节电路输出的所述粗调节信号执行细调节处理中要使用的预定传感器专用调节系数。