一种气压数据处理方法、气压仪及其校准系统与流程

1.本公开涉及气压测量技术领域，具体涉及一种气压数据处理方法、气压仪及其校准系统。


背景技术：

2.随着压力传感器技术的发展，国内气象站对气压仪的需求不断增加，由于气压仪计量工作量的不断增大，人们对气压仪的测量精度也提出了更高的要求。然而，现有气压仪的测量精度偏低，无法满足国内气象站日常工作的要求。


技术实现要素：

3.为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种气压数据处理方法、气压仪及其校准系统。
4.第一方面，本公开实施例中提供了一种气压数据处理方法。
5.具体的，所述气压数据处理方法，应用于气压仪，包括：
6.获取频率信号和温度信号；
7.对所述频率信号和所述温度信号采用拟合算法计算得到气压值。
8.可选的，还包括：
9.存储所述气压仪历次校准信息；
10.基于最新的校准信息修正所述气压值，得到修正后的气压值。
11.可选的，在所述存储所述气压仪历次校准信息前，所述方法还包括：
12.接收人机交互界面输入的所述气压仪的校准信息；或者，
13.通过通信接口获取上位机发送的所述气压仪的校准信息；
14.其中，所述校准信息是由上位机、气压仪分别测得的气压值计算得到的。
15.可选的，所述上位机为气压标准器。
16.第二方面，本公开实施例中提供了一种气压仪。
17.具体的，所述气压仪，包括：
18.气压传感器，用于测量气压并输出气压频率电信号和温度电压信号；
19.气压频率调理电路，用于将输出的所述气压频率电信号处理为频率信号；
20.温度电压采样电路，用于将输出的所述温度电压信号处理为温度数字信号；
21.处理器，用于对所述频率信号和所述温度信号采用拟合算法计算得到气压值。
22.可选的，还包括：
23.存储器，用于存储所述气压仪历次校准信息；
24.所述处理器还用于基于最新的校准信息修正所述气压值，得到修正后的气压值。
25.可选的，还包括：
26.显示触控单元，用于显示所述气压值或所述修正后的气压值。
27.可选的，还包括：
28.通信接口，用于接收所述校准信息。
29.第三方面，本公开实施例中提供了一种气压仪的校准系统。
30.具体的，所述气压仪的校准系统，包括：
31.如第二方面任一项所述的气压仪；
32.自动标准气压发生器，与所述气压仪的气压输入口连接；
33.上位机，与所述自动标准气压发生器、所述气压仪通讯连接，用于控制所述自动标准气压发生器产生目标气压值的气压，获取所述气压仪测量所述目标气压值的气压得到的气压测量值，以及基于所述目标气压值、气压测量值计算得到气压仪的校准信息并下发至所述气压仪存储。
34.第四方面，本公开实施例中提供了一种利用第三方面所述的气压仪的校准系统校准气压仪的方法。
35.具体的，所述校准气压仪的方法，包括如下步骤：
36.步骤一：上位机发送校准命令，气压仪禁止气压值修正功能，此时气压仪不修正气压值；
37.步骤二：设置至少一个气压校准点；
38.步骤三：上位机控制自动标准气压发生器产生第一个气压校准点的气压标准值，气压仪获取第一个气压校准点的气压值；
39.步骤四：上位机记录第一个气压校准点的气压标准值及气压仪的气压值，计算得到第一个气压校准点的校准数据；
40.步骤五：获取另一个气压校准点，重复步骤三至步骤四，直至全部气压校准点检定完成，得到全部气压校准点的本次校准数据；
41.步骤六：上位机根据本次校准数据计算气压仪的精度，并获取气压仪上一次的校准数据，计算长期稳定性；
42.步骤七：上位机将本次校准数据发送至气压仪，气压仪存储该校准数据；
43.步骤八：气压仪开启气压值修正功能，使用本次校准数据作为气压仪的校准信息对气压仪获得的气压值进行修正。
44.根据本公开实施例提供的气压数据处理方法、气压仪及其校准系统。所述气压数据处理方法，应用于气压仪，包括：获取频率信号和温度信号；对所述频率信号和所述温度信号采用拟合算法计算得到气压值。上述技术方案中气压仪不仅获取频率信号，还获取温度信号，通过对频率信号和温度信号两个物理量采用拟合算法计算得到气压值，使得计算得到的气压值受温度因素影响更小；所述气压仪可以根据存储的最近一次校准信息对气压值进行修正，从而使得气压仪输出的气压值精度更高，能够满足国内气象站日常工作的要求。
45.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
46.结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
47.图1示出根据本公开的实施例的气压数据处理方法的流程图。
48.图2示出根据本公开的实施例的利用气压数据处理方法校准气压仪的步骤图。
49.图3示出根据本公开的实施例的气压仪的功能模块图。
50.图4示出根据本公开的实施例的气压仪的校准系统的结构框图。
51.图5示出根据本公开的实施例的利用气压仪的校准系统校准气压仪的步骤图。
具体实施方式
52.下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。
53.在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
54.另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
55.在本公开中，如涉及对用户信息或用户数据的获取操作或向他人展示用户信息或用户数据的操作，则所述操作均为经用户授权、确认，或由用户主动选择的操作。
56.随着压力传感器技术的发展，国内气象站对气压仪的需求不断增加，由于气压仪计量工作量的不断增大，人们对气压仪的测量精度也提出了更高的要求。然而，现有气压仪的测量精度偏低，无法满足国内气象站日常工作的要求。
57.图1示出根据本公开的实施例的气压数据处理方法的流程图。
58.如图1所示，所述气压数据处理方法包括以下步骤s101-s102：
59.步骤s101：获取频率信号和温度信号；
60.步骤s102：对所述频率信号和所述温度信号采用拟合算法计算得到气压值。
61.本公开实施例提供的气压数据处理方法中气压仪不仅获取频率信号，还获取温度信号，通过对频率信号和温度信号两个物理量采用拟合算法计算得到气压值，使得计算得到的气压值受温度因素影响更小，所述气压仪可以根据存储的最近一次校准信息对气压值进行修正，从而使得气压仪输出的气压值精度更高，能够满足国内气象站日常工作的要求。
62.根据本公开的实施例，本公开的步骤s101即获取频率信号和温度信号的步骤中，首先通过气压仪中的气压传感器测量气压并输出气压频率电信号和温度电压信号，然后通过气压频率调理电路将输出的所述气压频率电信号处理为频率信号，并通过温度电压采样电路将输出的所述温度电压信号处理为温度数字信号。
63.根据本公开的实施例，本公开的步骤s102即对所述频率信号和所述温度信号采用拟合算法计算得到气压值的步骤中，通过处理器对频率信号和温度信号采用拟合算法计算得到气压值，具体的，本公开是根据频率信号和温度信号两个物理量的二维气压拟合系数计算气压值。
64.进一步的，本公开的气压数据处理方法还包括对气压值进行校准修正，具体步骤是：接收人机交互界面输入的所述气压仪的校准信息；或者，通过通信接口获取上位机发送的所述气压仪的校准信息；其中，所述校准信息是由上位机、气压仪分别测得的气压值计算得到的，上位机例如是气压标准器；存储所述气压仪历次校准信息；基于最新的校准信息修
正所述气压值，得到修正后的气压值。
65.具体的，即上位机、自动标准气压发生器以及气压仪可相互通信。其中，气压仪通过人机交互界面接收输入的校准信息，或者通过通信接口获取气压标准器发送的校准信息，气压仪对历次校准信息进行存储后，根据最新存储的校准信息也就是存储的最近一次校准信息修正气压值，得到修正后的气压值。
66.图2示出根据本公开的实施例的利用气压数据处理方法校准气压仪的步骤图。
67.如图2所示，本公开的利用气压数据处理方法校准气压仪的步骤是：启动气压仪，获取频率信号，获取温度信号，根据拟合系数计算气压值，判断气压仪是否存储校准信息，若否，则返回第一步即重新获取频率信号，若是，则判断是否进行气压值修正，此时若不进行气压值修正，则返回第一步即重新获取频率信号，若进行气压值修正，则获取最新的校准信息，根据最新的校准信息修正气压值。
68.本公开还公开了一种气压仪。图3示出根据本公开的实施例的气压仪的功能模块图。
69.如图3所示，所述气压仪，包括气压传感器，向气压频率调理电路和温度电压采样电路输出气压频率电信号和温度电压信号，气压频率调理电路将气压频率电信号处理为频率信号并传输至处理器，温度电压采样电路将温度电压信号处理为温度数字信号并传输至处理器，处理器分别与存储器，通信接口，状态指示单元，rct时钟以及显示触控单元双向通信。
70.本公开的气压仪通过存储器存储校准信息，便于对气压仪所测量的气压值进行修正，提高了计量工作的效率，同时可使得气压仪长期保持高精度状态。
71.在本公开的实施例中，气压传感器，用于测量气压并输出气压频率电信号和温度电压信号；气压频率调理电路，用于将输出的所述气压频率电信号处理为频率信号；温度电压采样电路，用于将输出的所述温度电压信号处理为温度数字信号；处理器，用于对所述频率信号和所述温度信号采用拟合算法计算得到气压值，还用于基于最新的校准信息修正所述气压值，得到修正后的气压值；存储器，用于存储所述气压仪历次校准信息；显示触控单元，用于显示所述气压值或所述修正后的气压值；通信接口，用于接收所述校准信息；状态指示单元，用于指示气压仪的运行状态；rct时钟，用于为气压仪提供实时时钟。
72.具体的，本公开的气压仪中各功能模块的功能是：
73.(1)气压传感器：本公开的气压传感器例如可以采用硅谐振气压传感器，用于感应气压及温度两个物理量，并输出气压频率电信号和温度电压信号。
74.(2)气压频率调理电路：将硅谐振气压传感器输出的气压频率电信号调理为处理器可以直接测量的频率信号。
75.(3)温度电压采样电路：将硅谐振气压传感器输出的温度电压信号转化为处理器可直接采集的温度数字信号。
76.(4)处理器：采集频率信号、采集温度信号、根据二维气压拟合系数计算气压值，读取、写入气压拟合系数及校准信息，进行数据通信处理，判断气压仪的状态并进行输出指示，获取实时时钟。
77.(5)存储器：存储硅谐振气压传感器的二维气压拟合系数、校准信息、及气压仪的参数。
78.(6)通信接口：进行数据传输。
79.(7)显示触控单元：实现人机交互。
80.(8)状态指示单元：指示气压仪的运行状态，包括气压仪运行是否正常，是否能使用校准信息对气压值进行修正。
81.(9)rtc时钟：为气压仪提供实时时钟。
82.根据本公开的实施例，本公开的气压仪计算气压值的步骤具体如下：
83.步骤一：处理器通过气压频率调理电路捕获气压频率边沿，计算气压频率值。
84.步骤二：处理器通过spi接口与温度电压采样电路的ad芯片通信，获取ad芯片转化输出的数字温度信号值。
85.步骤三：根据公式1计算气压值：
[0086][0087]
其中，p(f,t)为气压值，f为气压频率值，t为数字温度信号值，k
ij
、f0、kf、t0、k
t
为气压传感器的拟合系数。
[0088]
步骤四：判断气压仪是否已经存储了校准信息，及是否根据存储的校准信息进行气压值修正。
[0089]
步骤五：如果不需要根据气压仪存储的校准信息进行气压值修正，将转到步骤一进行下一次的气压值计算；否则获取最近一次的校准信息。
[0090]
步骤六：根据最近校准信息中各个检定点的气压标准值和气压仪的气压测量值，以及当前根据拟合系数计算的气压值，进行插值计算修正后的气压值。
[0091]
本公开还公开了一种气压仪的校准系统。图4示出根据本公开的实施例的气压仪的校准系统的结构框图。
[0092]
如图4所示，气压仪的校准系统包括：如上所述的气压仪，自动标准气压发生器和上位机。其中，自动标准气压发生器，与所述气压仪的气压输入口连接；上位机，与所述自动标准气压发生器、所述气压仪通讯连接，用于控制所述自动标准气压发生器产生目标气压值的气压，获取所述气压仪测量所述目标气压值的气压得到的气压测量值，以及基于所述目标气压值、气压测量值计算得到气压仪的校准信息并下发至所述气压仪存储。
[0093]
例如，上位机是气压标准器，那么自动标准气压发生器的气路输出口与气压仪的气压输入口通过管路连接，气压标准器通过232通信接口控制自动标准气压发生器产生目标气压值的气压，气压标准器还通过232通信接口获取气压仪的气压测量值，然后，气压标准器基于目标气压值、气压测量值计算得到气压仪的校准信息并下发至气压仪存储。
[0094]
本公开还公开了一种利用气压仪的校准系统校准气压仪的方法。图5示出根据本公开的实施例的利用气压仪的校准系统校准气压仪的步骤图。
[0095]
所述步骤包括：
[0096]
步骤一：上位机发送校准命令，气压仪禁止气压值修正功能，此时气压仪不修正气压值；
[0097]
步骤二：设置至少一个气压校准点；
[0098]
步骤三：上位机控制自动标准气压发生器产生第一个气压校准点的气压标准值，
气压仪获取第一个气压校准点的气压值；
[0099]
步骤四：上位机记录第一个气压校准点的气压标准值及气压仪的气压值，计算得到第一个气压校准点的校准数据；
[0100]
步骤五：获取另一个气压校准点，重复步骤三至步骤四，直至全部气压校准点检定完成，得到全部气压校准点的本次校准数据；
[0101]
步骤六：上位机根据本次校准数据计算气压仪的精度，并获取气压仪上一次的校准数据，计算长期稳定性；
[0102]
步骤七：上位机将本次校准数据发送至气压仪，气压仪存储该校准数据；
[0103]
步骤八：气压仪开启气压值修正功能，使用本次校准数据作为气压仪的校准信息对气压仪获得的气压值进行修正。
[0104]
具体的，如图5所示，启动气压仪，上位机发送校准命令，此时气压仪禁止气压值修正功能，即气压仪不修正气压值，设置至少一个气压校准点，上位机获取第一个气压校准点后，控制自动标准气压发生器产生第一个气压校准点的气压标准值，气压仪获取第一个气压校准点的气压值，并等待稳定，稳定后，上位机记录第一个气压校准点的气压标准值及气压仪的气压值，计算得到第一个气压校准点的校准数据，此时，第一个气压校准点检定完成，获取下一个气压校准点，继续重复上述步骤，直至全部气压校准点均检定完成，得到全部气压校准点的本次校准数据。上位机读取气压仪上一次的校准数据，计算长期稳定性及精度，下发本次校准数据至气压仪，气压仪存储该校准数据，此时，气压仪具有气压值修正功能，如开启气压值修正功能，则可使用本次校准数据作为气压仪的校准信息对气压仪获得的气压值进行修正。
[0105]
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

技术特征：
1.一种气压数据处理方法，其特征在于，应用于气压仪，包括：获取频率信号和温度信号；对所述频率信号和所述温度信号采用拟合算法计算得到气压值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：存储所述气压仪历次校准信息；基于最新的校准信息修正所述气压值，得到修正后的气压值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述存储所述气压仪历次校准信息前，所述方法还包括：接收人机交互界面输入的所述气压仪的校准信息；或者，通过通信接口获取上位机发送的所述气压仪的校准信息；其中，所述校准信息是由上位机、气压仪分别测得的气压值计算得到的。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述上位机为气压标准器。5.一种气压仪，其特征在于，包括：气压传感器，用于测量气压并输出气压频率电信号和温度电压信号；气压频率调理电路，用于将输出的所述气压频率电信号处理为频率信号；温度电压采样电路，用于将输出的所述温度电压信号处理为温度数字信号；处理器，用于对所述频率信号和所述温度信号采用拟合算法计算得到气压值。6.根据权利要求5所述的气压仪，其特征在于，还包括：存储器，用于存储所述气压仪历次校准信息；所述处理器还用于基于最新的校准信息修正所述气压值，得到修正后的气压值。7.根据权利要求5或6所述的气压仪，其特征在于，还包括：显示触控单元，用于显示所述气压值或所述修正后的气压值。8.根据权利要求7所述的气压仪，其特征在于，还包括：通信接口，用于接收所述校准信息。9.一种气压仪的校准系统，其特征在于，包括：如权利要求5-8任一项所述的气压仪；自动标准气压发生器，与所述气压仪的气压输入口连接；上位机，与所述自动标准气压发生器、所述气压仪通讯连接，用于控制所述自动标准气压发生器产生目标气压值的气压，获取所述气压仪测量所述目标气压值的气压得到的气压测量值，以及基于所述目标气压值、气压测量值计算得到气压仪的校准信息并下发至所述气压仪存储。10.利用如权利要求9所述的气压仪的校准系统校准气压仪的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：上位机发送校准命令，气压仪禁止气压值修正功能，此时气压仪不修正气压值；步骤二：设置至少一个气压校准点；步骤三：上位机控制自动标准气压发生器产生第一个气压校准点的气压标准值，气压仪获取第一个气压校准点的气压值；步骤四：上位机记录第一个气压校准点的气压标准值及气压仪的气压值，计算得到第
一个气压校准点的校准数据；步骤五：获取另一个气压校准点，重复步骤三至步骤四，直至全部气压校准点检定完成，得到全部气压校准点的本次校准数据；步骤六：上位机根据本次校准数据计算气压仪的精度，并获取气压仪上一次的校准数据，计算长期稳定性；步骤七：上位机将本次校准数据发送至气压仪，气压仪存储该校准数据；步骤八：气压仪开启气压值修正功能，使用本次校准数据作为气压仪的校准信息对气压仪获得的气压值进行修正。

技术总结
本公开涉及气压测量技术领域，具体涉及一种气压数据处理方法、气压仪及其校准系统。所述气压数据处理方法，应用于气压仪，包括：获取频率信号和温度信号；对所述频率信号和所述温度信号采用拟合算法计算得到气压值。上述技术方案中气压仪不仅获取频率信号，还获取温度信号，通过对频率信号和温度信号两个物理量采用拟合算法计算得到气压值，使得计算得到的气压值受温度因素影响更小，所述气压仪可以根据存储的最近一次校准信息对气压值进行修正，从而使得气压仪输出的气压值精度更高，能够满足国内气象站日常工作的要求。内气象站日常工作的要求。内气象站日常工作的要求。


技术研发人员：丁红英 贺晓雷 边泽强 李建英 郑雨欣
受保护的技术使用者：中国气象局气象探测中心
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/17