压力传感器故障检测电路、方法及压力传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种压力传感器故障检测电路、方法及压力传感器。

背景技术

压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。通常，压力传感器的测量电路由电容、电阻等电子器件组成。随着使用时间的增长，电子器件的参数会发生改变，从而引起数值漂移，造成压力传感器发生故障。为了保证测量的准确性，在传感器故障后，需求进行数值补偿或更换压力传感器。具体措施需要根据压力传感器的故障信息而确定。因此，如何确定压力传感器的故障信息，是亟待解决的技术问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种压力传感器故障检测电路、方法及压力传感器，旨在解决确定压力传感器的故障信息的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种压力传感器故障检测电路，所述压力传感器故障检测电路包括：处理器、采样电路和检测电路；所述采样电路的输入端与压力传感器中的测量电路的输出端连接，所述采样电路的输出端与所述检测电路的输入端连接，所述处理器分别与所述采样电路的控制端和所述检测电路的输出端连接；

所述采样电路，用于采集所述测量电路的检测输出信号，并将所述检测输出信号传输至所述检测电路；

所述检测电路，用于对所述检测输出信号进行检测，获得检测信号，并将所述检测信号传输至所述处理器；

所述处理器，用于根据所述检测信号确定所述压力传感器的故障信息。

可选的，所述检测信号包括峰值检测信号和相位角检测信号，所述检测电路包括峰值检测电路和相位检测电路；所述采样电路的输出端分别与所述峰值检测电路的输入端和所述相位检测电路的输入端连接；所述处理器分别与所述峰值检测电路的输出端和所述相位检测电路的输出端连接；

所述峰值检测电路，用于对所述检测输出信号进行峰值检测，获得峰值检测信号，并将所述峰值检测信号传输至所述处理器；

所述相位检测电路，用于对所述检测输出信号进行相位检测，获得相位角检测信号，并将所述相位角检测信号传输至所述处理器。

可选的，所述峰值检测电路包括第一二极管、电容和第一电阻；

所述第一二极管的阳极与所述采样电路的输出端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述电容的第一端、所述第一电阻的第一端以及所述处理器连接，所述电容的第二端接地，所述第二电阻的第二端接地。

可选的，所述相位检测电路包括第一放大电路、第二放大电路、触发器电路和信号源电路；所述第一放大电路的输入端与所述采样电路的输出端连接，所述第一放大电路的输出端与所述触发器电路的第一输入端连接，所述第二放大电路的输入端与所述信号源电路的输出端连接，所述第二放大电路的输出端与所述触发器电路的第二输入端连接，所述触发器电路的输出端与所述处理器连接；

所述信号源电路，用于生成参考信号，并将所述参考信号传输至所述第二放大电路；

所述第一放大电路，用于将所述检测输出信号进行放大，获得第一放大信号，并将所述第一放大信号传输至所述触发器电路；

所述第二放大电路，用于将所述参考信号进行放大，获得第二放大信号，并将所述第二放大信号传输至所述触发器电路；

所述触发器电路，用于根据所述第一放大信号和所述第二放大信号生成相位角检测信号，并将所述相位角检测信号传输至所述处理器。

可选的，所述第一放大电路包括第一放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二二极管和第三二极管；

所述第二电阻的第一端与所述采样电路的输出端连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第三电阻的第一端、所述第二二极管的阳极、所述第三二极管的阴极以及所述第一放大器的正相输入端连接，所述第三电阻的第二端分别与所述第四电阻的第一端以及所述第一放大器的输出端连接，所述第四电阻的第二端与预设电源连接，所述第一放大器的输出端与所述触发器电路的第一输入端连接，所述第一放大器的负相输入端分别与所述第二二极管的阴极以及所述第三二极管的阳极连接，所述第一放大器的负相输入端还接地。

可选的，所述第二放大电路包括第二放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第四二极管和第五二极管；

所述第五电阻的第一端与所述信号源电路的输出端连接，所述第五电阻的第二端分别与所述第六电阻的第一端、所述第四二极管的阳极、所述第五二极管的阴极以及所述第二放大器的正相输入端连接，所述第六电阻的第二端分别与所述第七电阻的第一端以及所述第二放大器的输出端连接，所述第七电阻的第二端与预设电源连接，所述第二放大器的输出端与所述触发器电路的第二输入端连接，所述第二放大器的负相输入端分别与所述第四二极管的阴极以及所述第五二极管的阳极连接，所述第二放大器的负相输入端还接地。

可选的，所述触发器电路包括第一触发器和第二触发器；

所述第一触发器的触发输入端与所述第一放大电路的输出端连接，所述第一触发器的输出端与所述处理器连接，所述第一触发器的置位端口接地，所述第一触发器的数据输入端与预设电源连接，所述第一触发器的反向输出端与所述第二触发器的复位端口连接，所述第一触发器的复位端口与所述第二触发器的输出端口连接；

所述第二触发器的触发输入端与所述第二放大电路的输出端连接，所述第二触发器的置位端口接地，所述第二触发器的数据输入端与所述预设电源连接，所述第二触发器的反向输出端置空。

可选的，所述检测输出信号包括放大器输出信号和电桥输出信号；所述采样电路的第一输入端与所述测量电路的放大器输出端连接，所述采样电路的第二输入端与所述测量电路的电桥输出端连接；

所述采样电路，用于采集所述测量电路的放大器输出信号和电桥输出信号，并将所述放大器输出信号和电桥输出信号传输至所述检测电路。

为实现上述目的，本发明还提出一种压力传感器故障检测方法，所述压力传感器故障检测方法应用于如上文所述的压力传感器故障检测电路，所述压力传感器故障检测电路包括处理器、采样电路和检测电路，所述压力传感器故障检测方法包括以下步骤：

所述采样电路采集压力传感器中的测量电路的检测输出信号，并将所述检测输出信号传输至所述检测电路；

所述检测电路对所述检测输出信号进行检测，获得检测信号，并将所述检测信号传输至所述处理器；

所述处理器根据所述检测信号确定所述压力传感器的故障信息。

为实现上述目的，本发明还提出一种压力传感器，所述压力传感器包括如上文所述的压力传感器故障检测电路，或者应用如上文所述的压力传感器故障检测方法。

在本发明中，通过设置处理器、采样电路和检测电路构成压力传感器故障检测电路；采样电路，用于采集压力传感器中的测量电路的检测输出信号，并将检测输出信号传输至检测电路；检测电路，用于对检测输出信号进行检测，获得检测信号，并将检测信号传输至处理器；处理器，用于根据检测信号确定压力传感器的故障信息。本发明通过对压力传感器的检测输出信号进行检测，获得其对应的检测信号。该检测信号能够反映压力传感器输出的检测输出信号的信号特征，处理器可根据该检测信号确定压力传感器的输出特征，从而确定故障信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明压力传感器故障检测电路第一实施例的电路结构示意图；

图2为本发明压力传感器故障检测电路第二实施例的电路结构示意图；

图3本发明峰值检测电路一实施例的电路结构示意图；

图4本发明相位检测电路一实施例的功能示意图；

图5本发明相位检测电路一实施例的电路结构示意图；

图6为本发明相位检测电路输入输出示意图；

图7为本发明压力传感器故障检测方法第一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1，图1为本发明压力传感器故障检测电路第一实施例的电路结构示意图。

如图1所示，在第一实施例中，压力传感器故障检测电路10包括：处理器101、采样电路102和检测电路103；采样电路102的输入端与压力传感器中的测量电路20的输出端连接，采样电路102的输出端与检测电路103的输入端连接，处理器101分别与采样电路102的控制端和检测电路103的输出端连接。

需要说明的是，压力传感器可以为变极距型单电容式传感器，其电极为圆形状，上面的固定电极被绝缘体固定，下方为可变电极，可变电极下面的膜片受到压力(一般是液体)时产生挠度变形，可变电极与固定电极的距离发生变化导致电容的值发生变化，产生电信号以表示压力大小。

通常，传感器膜片由圆形的工作电极和环形的参考电极组成，工作电极和公共电极组成敏感电容；参考电极和公共电极组成参考电容。压力通过导管均匀作用在膜片上引起膜片变化，从而导致敏感电容变化，而参考电容变化微小。测量电路20还可设置有两个辅助电容，与敏感电容和参考电容组成了电桥的4个桥臂，电桥的对角电势差为电桥输出，作为传感器的信号输出端，与采样电路102的输入端连接。

采样电路102，用于采集测量电路20的检测输出信号，并将检测输出信号传输至检测电路103。

可以理解的是，在使用时，电桥连接工作电压，传感器膜片受到压力时，敏感电容发生变化，从而引起电桥输出变化，从而输出检测输出信号。若测量电路中的电子元件发生变换，其实际输出的检测输出信号相较于标定的检测输出信号其峰值或相位角等都会发生变化。

在本实施例中，检测输出信号包括放大器输出信号和电桥输出信号；采样电路102的第一输入端与测量电路20的放大器输出端连接，采样电路102的第二输入端与测量电路20的电桥输出端连接。采样电路，用于采集测量电路20的放大器输出信号和电桥输出信号，并将放大器输出信号和电桥输出信号传输至检测电路103。

可以理解的是，为了使测量电路输出的信号更具有识别性，通常在敏感电容两端并联有放大器。本实施例为了获得更多的传感器数据，以便于或许确认故障信息，在采集检测输出信号时，可采集放大器输出信号和电桥输出信号。其中，放大器输出信号为前述放大器输出的电压信号，电桥输出信号为前述电桥输出的电压信号。

需要说明的是，由于存在两个输入信号，采样电路102在输入端可设置单刀双掷开关，单刀双掷开关的第一输入端与放大器输出端连接，单刀双掷开关的第二输入端与电桥输出端连接。通过切换单刀双掷开关的闭合侧边，从而向检测电路103提供检测输出信号，避免信号之间的干扰。例如，可先对电桥输出信号进行检测，在检测完成后，切换单刀双掷开关的闭合侧边，以对放大器输出信号进行检测。

检测电路103，用于对检测输出信号进行检测，获得检测信号，并将检测信号传输至处理器101。

需要说明的是，检测信号为电压信号，其根据检测电路103从检测输出信号中提取的信息不同而不同。例如，检测电路103可从检测输出信号中提取峰值信息，则检测信号为峰值检测信号；或者，检测电路103可从检测输出信号中提取相位角信息，则检测信号为相位角检测信号。

处理器101，用于根据检测信号确定压力传感器的故障信息。

需要说明的是，处理器中存储有预设的标定信息，处理器将检测信号与标定信息进行比对，即可确定压力传感器的故障信息。例如，标定信息中存储了测量10Kpa压力下，检测输出信号的峰值为400mA，相位角为-23。若在测试时，施加10Kpa压力时，实际检测到的峰值为410mA，相位角为-20，则说明传感器存在故障。

进一步的，根据测量电路内部的结构还可以根据变化情况定位故障位置。例如，辅助电容发送数值漂移时，会对电桥输出信号产生影响，而不会对放大器输出信号产生影响。若参考电容发生数值漂移，则不会影响放大器输出信号的相位角。

在第一实施例中，通过设置处理器、采样电路和检测电路构成压力传感器故障检测电路；采样电路，用于采集压力传感器中的测量电路的检测输出信号，并将检测输出信号传输至检测电路；检测电路，用于对检测输出信号进行检测，获得检测信号，并将检测信号传输至处理器；处理器，用于根据检测信号确定压力传感器的故障信息。本发明通过对压力传感器的检测输出信号进行检测，获得其对应的检测信号。该检测信号能够反映压力传感器输出的检测输出信号的信号特征，处理器可根据该检测信号确定压力传感器的输出特征，从而确定故障信息。

参照图2，图2为本发明压力传感器故障检测电路第二实施例的电路结构示意图。基于上述第一实施例，提出本发明压力传感器故障检测电路第二实施例。

如图2所示，在第二实施例中，检测信号包括峰值检测信号和相位角检测信号，检测电路103包括峰值检测电路1031和相位检测电路1032；采样电路102的输出端分别与峰值检测电路1031的输入端和相位检测电路1032的输入端连接；处理器101分别与峰值检测电路1031的输出端和相位检测电路1032的输出端连接。

需要说明的是，采样电路102也可在输出端设置单刀双掷开关，用于选择检测方式，单刀双掷开关的第一输出端与峰值检测电路1031的输入端连接，单刀双掷开关的第二输出端与相位检测电路1032的输入端连接。通过切换单刀双掷开关的闭合侧边，从而选择向峰值检测电路1031或相位检测电路1032提供检测输出信号。例如，可将检测输出信号传输至峰值检测电路1031，进行峰值检测。在检测完成后，切换单刀双掷开关的闭合侧边，将检测输出信号传输至相位检测电路1032，进行相位角检测。

峰值检测电路1031，用于对检测输出信号进行峰值检测，获得峰值检测信号，并将峰值检测信号传输至处理器101。

需要说明的是，检测输出信号通常为正弦波或余弦波信号。峰值检测电路1031通过对检测输出信号的峰值电压进行保存，从而获得对应的峰值检测信号。该峰值检测信号为电压值为检测输出信号的峰值的电压信号。

参照图3，图3本发明峰值检测电路一实施例的电路结构示意图。

在具体实现时，峰值检测电路1031包括第一二极管D1、电容C和第一电阻R1；第一二极管D1的阳极与采样电路102的输出端连接，第一二极管D2的阴极分别与电容C的第一端、第一电阻R1的第一端以及处理器101连接，电容C的第二端接地，第二电阻R2的第二端接地。

可以理解的是，第一二极管D1可滤除检测输出信号的负半波信号，保留正半波信号。在正半波信号的上升区间，对电容C进行充电使输出至处理器102的电压值达到峰值。在正半波信号的下降区间，电压开始降低，第一电阻R1的电流无法突变，电容放电，从而使输出电压值维持在峰值，从而实现对检测输出信号峰值电压的提取。

相位检测电路1032，用于对检测输出信号进行相位检测，获得相位角检测信号，并将相位角检测信号传输至处理器101。

可以理解的是，检测输出信号通常为正弦波或余弦波信号，随着敏感电容的变化，检测输出信号的相位角也会发生变化。相位检测电路1032通过对检测输出信号的相位角，从而获得对应的相位角检测信号。该相位角检测信号为高电平持续时间为检测输出信号相对于纯正弦波的延迟时间的脉冲信号。

参照图4，图4本发明相位检测电路一实施例的功能示意图。

如图4所示，相位检测电路1032包括第一放大电路10321、第二放大电路10322、触发器电路10323和信号源电路10324；第一放大电路10321的输入端与采样电路102的输出端连接，第一放大电路10321的输出端与触发器电路10323的第一输入端连接，第二放大电路10322的输入端与信号源电路10324的输出端连接，第二放大电路10322的输出端与触发器电路10323的第二输入端连接，触发器电路10323的输出端与处理器101连接。

信号源电路10324，用于生成参考信号，并将参考信号传输至第二放大电路10322；第一放大电路10321，用于将检测输出信号进行放大，获得第一放大信号，并将第一放大信号传输至触发器电路10323；第二放大电路10322，用于将参考信号进行放大，获得第二放大信号，并将第二放大信号传输至触发器电路10323；触发器电路10323，用于根据第一放大信号和第二放大信号生成相位角检测信号，并将相位角检测信号传输至处理器101。

需要说明的是，参考信号为标准正弦波信号，信号源电路可由处理器101控制，在检测到相位检测电路1032存在输入信号时，启动信号源电路10324生成参考信号。

可以理解的是，本实施方式通过将检测输出信号与参考信号进行比较，通过触发器电10323输出脉冲信号，完成检测输出信号的相位角。

参照图5，图5本发明相位检测电路一实施例的电路结构示意图。

如图5所示，第一放大电路10321包括第一放大器A1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二二极管D2和第三二极管D3。第二电阻R2的第一端与采样电路102的输出端连接，第二电阻R2的第二端分别与第三电阻R3的第一端、第二二极管D2的阳极、第三二极管D3的阴极以及第一放大器A1的正相输入端连接，第三电阻R3的第二端分别与第四电阻R4的第一端以及第一放大器A1的输出端连接，第四电阻R4的第二端与预设电源连接，第一放大器A1的输出端与触发器电路10323的第一输入端连接，第一放大器A1的负相输入端分别与第二二极管D2的阴极以及第三二极管D3的阳极连接，第一放大器A1的负相输入端还接地。

第二放大电路10322包括第二放大器A2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第四二极管D4和第五二极管D5；第五电阻R5的第一端与信号源电路10324的输出端连接，第五电阻R5的第二端分别与第六电阻R6的第一端、第四二极管D4的阳极、第五二极管D5的阴极以及第二放大器A2的正相输入端连接，第六电阻R6的第二端分别与第七电阻R7的第一端以及第二放大器A2的输出端连接，第七电阻R7的第二端与预设电源连接，第二放大器A2的输出端与触发器电路10323的第二输入端连接，第二放大器A2的负相输入端分别与第四二极管D4的阴极以及第五二极管D5的阳极连接，第二放大器A2的负相输入端还接地。

触发器电路10323包括第一触发器B1和第二触发器B2；第一触发器B1的触发输入端与第一放大电路10321的输出端连接，第一触发器B1的数据输出端Q与处理器101连接，第一触发器B1的置位端口SET接地，第一触发器B1的数据输入端D与预设电源VCC连接，第一触发器B1的反向输出端

可以理解的是，第一放大器A1及第二放大器A2分别用于对检测输出信号及参考信号进行放大，以便后续触发触发器。其中，放大器的正反相输入之间设置有二极管，用于维持信号稳定。第一触发器B1和第二触发器B2可以为D触发器。

参照图6，图6为本发明相位检测电路输入输出示意图。如图6所示，Ui1为检测输出信号，Ui2为参考信号，U0为相位检测电路1032的的输出信号。从图中可以看出，输出信号为脉冲信号，高电平持续时间为检测输出信号相对于参考信号的延迟时间，处理器101可根据该持续时间确定检测输出信号的相位角。

在本实施例中，检测电路包括峰值检测电路和相位检测电路，以实现对压力传感器测量电路输出的检测输出信号的特征提取。本实施例能够准确的提取检测输出信号的峰值和相位角，以便以处理器更准确地确定压力传感器的故障信息。

为实现上述目的，本发明还提出一种压力传感器故障检测方法，参照图7，图7为本发明压力传感器故障检测方法第一实施例的流程示意图。基于上述实施例，提出本发明压力传感器故障检测方法第一实施例。压力传感器故障检测方法应用于如上文所述的压力传感器故障检测电路，压力传感器故障检测电路包括处理器、采样电路和检测电路。压力传感器故障检测方法包括以下步骤：

步骤S10：采样电路采集压力传感器中的测量电路的检测输出信号，并将检测输出信号传输至检测电路；

步骤S20：检测电路对检测输出信号进行检测，获得检测信号，并将检测信号传输至处理器；

步骤S30：处理器根据检测信号确定压力传感器的故障信息。

本实施例的具体实施方式可参照上述实施例，在此不再赘述。

在本实施例中，通过设置处理器、采样电路和检测电路构成压力传感器故障检测电路；采样电路，用于采集压力传感器中的测量电路的检测输出信号，并将检测输出信号传输至检测电路；检测电路，用于对检测输出信号进行检测，获得检测信号，并将检测信号传输至处理器；处理器，用于根据检测信号确定压力传感器的故障信息。本发明通过对压力传感器的检测输出信号进行检测，获得其对应的检测信号。该检测信号能够反映压力传感器输出的检测输出信号的信号特征，处理器可根据该检测信号确定压力传感器的输出特征，从而确定故障信息。

为实现上述目的，本发明还提出一种压力传感器，所述压力传感器包括如上文所述的压力传感器故障检测电路，或者应用如上文所述的压力传感器故障检测方法。由于本压力传感器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。