基于阵列测量与数据融合的高精度硅压阻式气压变送器的研制  

Development of a High-Precision Silicon Piezoresistive Pressure Transmitter Based on Array Measurement and Data Fusion

作　　者：张加宏[1,2,3] 杨敏[1,2,3] 顾芳[4] 李敏[2,3] 葛益娴[1,2,3] 张月香[3] 沈雷[3] 包志伟[3] 

机构地区：[1]南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心,南京210044 [2]南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室,南京210044 [3]南京信息工程大学电子与信息工程学院,南京210044 [4]南京信息工程大学物理与光电工程学院,南京210044

出　　处：《传感技术学报》2016年第6期826-833,共8页Chinese Journal of Sensors and Actuators

基　　金：国家自然科学基金项目(61306138;61307113;61307061);江苏省自然科学基金项目(BK2012460);东南大学MEMS教育部重点实验室开放研究基金课题项目(2013-3);江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目(201510300034);江苏省信息与通信工程优势学科建设项目

摘　　要：气压是评价大气环境变化的关键性参数。为提高传统硅压阻式气压测量系统的精度,研究并实现了一种基于MEMS气压传感器阵列式测量和粒子群优化（PSO）反向传播（BP）神经网络数据融合处理的高精度数字气压变送器,给出了相应的硬件结构和软件设计,并通过STM32平台对μC/OS-Ⅱ与μC/GUI进行了整合移植和显示优化。结合实验测量数据,从非线性误差、迟滞误差、重复性误差及其整体精度等方面对PSO-BP神经网络算法在硅压阻式气压测量系统中应用的性能进行了研究与分析。研究结果表明,在-20℃-60℃的温度范围内,本文研制的低成本嵌入式硅压阻气压变送器的整体测量精度约为±0.095%FS,基本满足大气探测应用的要求。The atmospheric pressure is a critical parameter for evaluating atmospheric environmental change. In or-der to improve the accuracy of conventional silicon-based piezoresistive pressure measurement system,a high-preci-sion digital pressure transmitter has been developed through MEMS pressure sensor array and data fusion with theback propagation（BP）neural network based on particle swarm optimization（PSO）algorithm. The corresponding de-signs of hardware and software have been elucidated,and then the transplantation and display optimization of μC/OS-Ⅱ with μC/GUI on the STM32 platform have been achieved. Combining with experimental data,the applicationperformance of PSO-BP neural network algorithm in silicon piezoresistive pressure sensors has been finally investi-gated and analyzed in terms of performance parameters,such as nonlinear error,hysteresis error,repeatability errorand the overall accuracy. The results show that the overall accuracy of the low-cost piezoresistive pressure transmit-ter proposed by this paper can reach nearly ±0.095%FS in the range of-20 ℃-60 ℃,which can basically meet therequirements of meteorological applications.

关 键 词：气压变送器 高精度 阵列测量 粒子群优化算法 反向传播神经网络 μC/OS-Ⅱ与μC/GUI 

分 类 号：TP212[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置] TP391[自动化与计算机技术—控制科学与工程]