自适应传感器滤波的制作方法

自适应传感器滤波
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年2月5日提交的题为“用于气体传感器的自适应滤波架构(adaptive filtering architecture for gas sensor)”的美国临时专利申请序列号63/146,548和2022年2月4日提交的题为“自适应传感器滤波(adaptive sensor filtering)”的美国专利申请序列号17/592,800的优先权和权益，这些专利申请已转让给本技术的受让人。
技术领域
3.本公开总地涉及传感器的校准，更具体地，涉及根据空气运输机制的热传导原理对传感器中的偏移、灵敏度和漂移进行补偿。


背景技术：

4.微机电系统(mems)的发展使各种传感器能够被并入设备中，诸如手机、笔记本电脑、平板电脑、游戏设备和其他便携式电子设备以及固定应用。在本公开的背景下，基于mems的传感器也可用于基于热传导测量或检测环境中气体的存在。例如，基于mems的传感器可用于供热、通风和空气调节(hvac)系统，以感测和优化封闭建筑内的二氧化碳含量。通常，参考样本和检测器样本被加热，其中相应的热敏电阻测量样本上的热量传递。由于热敏电阻的电阻值响应于样本中的气体成分而变化，因此比较热敏电阻的输出允许确定样本中的气体浓度。尽管这样的技术提供检测各种气体的能力，但热传导传感器对包括温度、湿度和压力的环境条件可以是敏感的。值得注意的是，环境温度会对气体浓度的测量产生高达400倍的干扰。虽然不那么严重，但湿度对测量的影响可高达40倍，而压力变化也会大大降低准确度。
5.尝试补偿热传导传感器对环境条件的敏感度，包括提供受控温度和湿度的技术。不幸的是，这大大限制了潜在的应用。其他方法包括在不同的环境条件下仔细表征传感器，以在经历这些条件时提供合适的校准。虽然可以获得准确度的提高，但这些技术需要耗时且昂贵的训练方法来提供适当的表征。此外，热敏电阻或其他传感元件的响应会随着时间的推移而改变，因此需要重新训练以保持准确度，这要么是费力的，要么是实际上不可行的。
6.因此，期望提供允许使用热传导传感器测量气体浓度，而无需受控环境条件或离线校准以适应不同的环境干扰的系统和方法。同样地，期望减少在各种环境条件下校准热传导传感器的需要。此外，期望提供能适应性能随时间变化的热传导传感器的系统和方法。如下面的材料中所描述的那样，本公开的技术满足这些需求和其他的需求。


技术实现要素：

7.如下文将详细描述的，本公开包括用于补偿影响具有热系数的传感器的环境条件的方法。该方法包含：获得输入传感器信号，获得第一环境条件参考信号，将具有权重的第
一滤波器应用于第一环境条件参考信号以提供第一自适应消除信号，将第一自适应消除信号与输入信号进行混合以提供第一经补偿传感器信号，以及至少部分地基于第一自适应消除信号向第一加热元件提供反馈控制。第一滤波器的权重可以至少部分地基于第一经补偿传感器信号。
8.在一方面，第一环境条件参考信号可以是温度、湿度和/或压力信号。
9.在一方面，具有权重的第二滤波器可被应用于第一环境条件参考信号以提供第二自适应消除信号，以便第二自适应消除信号可以与输入传感器信号进行混合以提供第二经补偿传感器信号。第二滤波器的权重可以至少部分地基于第二经补偿传感器信号。至少部分地基于第二自适应消除信号向第二加热元件提供反馈控制。
10.在一方面，输入传感器信号可以是从检测器温度传感器和参考温度传感器获得的差分信号。第一加热元件可以驱动检测器温度传感器并且第二加热元件可以驱动参考温度传感器。
11.在一方面，可以获得第二环境条件参考信号，以便可以将具有权重的第三滤波器应用于第二环境条件参考信号以提供第三自适应消除信号。相应地，第三自适应消除信号可以与第一经补偿传感器信号进行混合以提供第一经双重补偿传感器信号。第三滤波器的权重可以至少部分地基于第一经双重补偿传感器信号。通过将第一自适应消除信号与第三自适应消除信号进行组合，可以向第一加热元件提供反馈控制。
12.在一方面，第一环境条件参考信号和第二环境参考信号可以是温度、湿度和/或压力信号。
13.在一方面，可以将具有权重的第四滤波器应用于第二环境条件参考信号以提供第四自适应消除信号。第四自适应消除信号可以与第一经补偿传感器信号进行混合以提供第二经双重补偿传感器信号，以便第四滤波器的权重可以至少部分地基于第二经双重补偿传感器信号。可以至少部分地基于第四自适应消除信号向第二加热元件提供反馈控制。
14.在一方面，可以获得多个环境条件参考信号，以便可以针对多个环境参考信号中的每一个应用自适应滤波器，并且可以至少部分地基于来自每个自适应滤波器的自适应消除信号向第一加热元件提供反馈控制。多个环境条件参考信号可以是温度、湿度和/或压力信号。可以针对多个环境参考信号中的每一个应用附加自适应滤波器，以至少部分地基于来自每个附加自适应滤波器的自适应消除信号向第二加热元件提供反馈控制。
15.在一方面，控制第一加热元件可以包含：将第一自适应消除信号从数字域转换到模拟域。
16.在一方面，传感器可以是气体检测器，诸如二氧化碳检测器。
17.在一方面，第一环境条件参考信号可以是湿度传感器，以便湿度传感器被配置为测量绝对湿度。
18.在一方面，可以调整参考温度传感器的湿度敏感度。
19.在一方面，可以调整第一自适应消除信号的收敛性。
20.在一方面，控制一个或更多个加热元件可以包含应用小于一毫伏的偏差。
21.在一方面，第一加热元件和第二加热元件被配置为保持不同的额定温度。
22.本公开内容还包括具有第一加热元件、第一环境条件传感器、输入传感器信号和自适应传感器滤波器模块的传感器系统。自适应传感器滤波器模块可以被配置为获得输入
传感器信号，从第一环境条件传感器获得第一环境条件参考信号，将具有权重的第一滤波器应用于第一环境条件参考信号以提供第一自适应消除信号，将第一自适应消除信号与第一环境信号进行混合以提供第一经补偿传感器信号，并且至少部分地基于第一自适应消除信号向第一加热元件提供反馈控制。第一滤波器的权重可以至少部分地基于第一经补偿传感器信号。
23.在一方面，传感器系统具有检测器温度传感器和参考温度传感器。输入传感器信号可以是来自检测器温度传感器和参考温度传感器的差分信号。
24.在一方面，自适应传感器滤波器模块可以进一步被配置为：将具有权重的第二滤波器应用于第一环境条件参考信号以提供第二自适应消除信号，将第二自适应消除信号与第一环境信号进行混合以提供第二经补偿传感器信号，以及至少部分地基于第二自适应消除信号向第二加热元件提供反馈控制。第一滤波器的权重可以至少部分地基于第二经补偿传感器信号，并且第一加热元件和第二加热元件可以被配置为各自驱动检测器温度传感器和参考温度传感器中的一个。
25.在一方面，第一环境条件传感器可以是温度传感器。
26.在一方面，传感器系统可以具有多个环境条件传感器。相应地，自适应传感器滤波器模块可以获得多个环境条件参考信号，针对多个环境参考信号中的每一个应用自适应滤波器，以及至少部分地基于来自每个自适应滤波器的自适应消除信号向第一加热元件和第二加热元件提供反馈控制。
27.在一方面，多个环境条件参考信号可以包括温度、湿度和压力信号。
28.在一方面，参考温度传感器可以通过耦合并联电阻被调整为相对于检测器温度传感器具有同等的湿度敏感度。
附图说明
29.图1是根据一个实施例的采用自适应滤波的热传导传感器的示意图。
30.图2是根据一个实施例的自适应滤波器的示意图。
31.图3是根据一个实施例的具有针对多个环境条件的序列自适应滤波的示意图。
32.图4是根据一个实施例的示出对具有热系数的传感器中的环境条件进行补偿的例程的流程图。
33.图5是根据一个实施例的采用反馈加热器控制的热传导传感器的示意图。
34.图6是根据一个实施例的具有经调整的湿度敏感度的热传导传感器的示意图。
35.图7是根据一个实施例的示出所测量的二氧化碳和湿度与温度的关系的示意图。
具体实施方式
36.首先，应理解本公开不限于特别举例的材料、架构、例程、方法或结构，因为这些可能会变化。因此，尽管在本公开的实践或实施例中可以使用与本文描述的类似或等同的一些这样的选择，但本文描述了优选的材料和方法。
37.还应当理解的是，本文使用的术语仅出于描述本公开的特定实施例的目的，而不意图是限制。
38.以下结合所附附图阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性实施例的描述，并且
不旨在表示可实践本公开的唯一示例性实施例。本说明书通篇使用的术语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”，并且不一定要理解为比其他示例性实施例更优选或更有利。出于提供对本说明书的示例性实施例进行透彻理解的目的，详细描述包括具体细节。对于本领域技术人员来说显而易见的是，本说明书的示例性实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在某些情况下，众所周知的结构和设备以框图形式示出，以避免模糊本文所介绍的示例性实施例的新颖性。
39.仅出于方便和清晰的目的，可以就附图或芯片实施例使用方向性术语，诸如顶部、底部、左、右、上、下、之上、上方、下方、之下、后方、后和前。这些和类似的方向性术语不应该被解释为以任何方式限制本公开的范围。
40.在本说明书和权利要求书中，应理解，当元素被称为“连接到”或“耦合到”另一个元素时，它可以直接连接或耦合到另一个元素，或者可以存在中间元素。相反，当元素被称为“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元素时，不存在中间元素。
41.下面的详细描述的某些部分是以程序、逻辑块、处理和其他对计算机存储器内的数据位的操作的符号表示呈现的。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地向本领域的其他技术人员传达其工作实质的手段。在本技术中，程序、逻辑块、过程或类似的东西，被认为是导致所需结果的步骤或指令的自洽序列。这些步骤是那些需要对物理量进行物理操纵的步骤。尽管不一定，通常这些量采取的是能够在计算机系统中被存储、传输、组合、比较以及以其他方式进行操纵的电信号或磁信号的形式。
42.然而，应当记住，所有这些和类似的术语都将与适当的物理量相关联，并且只是应用于这些量的方便标签。如从下面的讨论显而易见的是，除非以其他方式特别说明，否则应理解，在本技术通篇中，利用诸如“访问”、“接收”、“发送”、“使用”、“选择”、“确定”、“归一化”、“相乘”、“取平均”、“监测”、“比较”、“应用”、“更新”、“测量”、“得出”或类似术语的讨论是指计算机系统或类似的电子计算设备的动作和过程，这些动作和过程将表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据操纵和转换为类似地表示为计算机系统的存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
43.可以在驻留在由一个或更多个计算机或其他设备执行的某种形式的非暂时性处理器可读介质(诸如程序模块)上的处理器可执行指令的一般上下文中讨论本文描述的实施例。一般来说，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。在各种实施例中，程序模块的功能可以根据需要进行组合或分布。
44.在图中，单个框可以被描述为执行一个或更多个功能；然而，在实际操作中，由该框执行的一个或更多个功能可以在单个组件中或跨多个组件执行，和/或可以使用硬件、使用软件、或使用硬件和软件的组合执行。为了清楚地示出硬件和软件的这种互换性，上述已经对各种说明性组件、框、模块、电路和步骤的功能进行了一般性描述。这样的功能是以硬件还是软件实现，取决于特定的应用和对整个系统施加的设计限制。本领域技术人员可以针对每个特定的应用以不同的方式实现所描述的功能，但这样的实现决定不应该被解释为导致偏离本公开的范围。另外，示例性无线通信设备可以包括除所示那些以外的其他组件，包括众所周知的组件，诸如处理器、存储器等。
45.本文描述的技术可以以硬件、软件、固件或其任何组合实现，除非具体描述为以特定方式实现。作为模块或组件描述的任何特征还可以在集成逻辑器件中一起实现，或者作
为分立的但可互操作的逻辑器件分别实现。如果以软件实现，该技术可以至少部分地通过非暂时性处理器可读存储介质实现，该非暂时性处理器可读存储介质包括指令，当这些指令被执行时，执行上述方法中的一个或更多个。该非暂时性处理器可读数据存储介质可以构成可以包括包装材料的计算机程序产品的一部分。
46.非暂时性处理器可读存储介质可以包括随机存取存储器(ram)(诸如同步动态随机存取存储器(sdram))、只读存储器(rom)、非易失性随机存取存储器(nvram)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、flash存储器、其他已知存储介质等。附加地或可替代地，该技术还可以至少部分地通过处理器可读通信介质实现，该处理器可读通信介质运载或通信指令或数据结构形式的代码，并且可以由计算机或其他处理器访问、读取和/或执行。例如，可以采用载波来运载计算机可读的电子数据，诸如用于传送和接收电子邮件或访问网络(诸如互联网或局域网(lan))的那些电子数据。当然，在不偏离所要求保护的主题的范围或精神的情况下，可以对这种配置进行许多修改。
47.结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑框、模块、电路和指令可以由一个或更多个处理器执行，诸如一个或更多个运动处理单元(mpu)、数字信号处理器(dsp)、通用微处理器、专用集成电路(asic)、专用指令集处理器(asip)、现场可编程门阵列(fpga)、或其他等效集成的或分立的逻辑电路。本文所用的术语“处理器”可以指前述结构或适合实现本文所描述技术的任何其他结构中的任一个。此外，在某些方面，本文所述的功能可以在如本文所述的所配置的专门的软件模块或硬件模块内提供。另外，这些技术可以在一个或更多个电路或逻辑元件中完全实现。通用处理器可以是微处理器，但在另一种情况下，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合(例如，mpu和微处理器的组合)、多个微处理器、结合有mpu核心的一个或更多个微处理器或任何其他此类配置。
48.除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所涉及的本领域普通技术人员共同理解的相同含义。
49.最后，如在该说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非内容明确指示了其他含义。
50.根据本公开，提供了系统和方法以补偿影响具有热系数的传感器的环境条件。为了给下面的讨论提供上下文，图1是可用于检测和/或测量例如样本内的气体浓度的热传导传感器10的示意图。尽管该实施例是用电阻式加热元件和热敏电阻温度传感器实现的，但根据需要也可以用其他合适的组件代替。如图所示，加热元件12和热敏电阻14被放置在检测器样本中，而加热元件16和热敏电阻18被放置在参考样本中。来自热敏电阻14和热敏电阻18的差分信号d/r与如所指示的被放大的参考环境信号ref一起被馈送到模数转换器(adc)20，该参考环境信号例如可以是环境温度、湿度和/或压力。然后自适应传感器滤波器模块22通过数模转换器(dac)24向加热元件12和/或加热元件16提供反馈校正。如应理解的，这种结构提供对加热元件的精细控制，诸如在μv级别，并且有助于避免传感器的饱和。
51.自适应传感器滤波器模块22还提供与通过dac 26检测到的气体量相对应的参考电压。反馈校正和参考电压可以被建模为合适阶数的多项式，诸如三次多项式或立方多项式，其系数在自适应传感器滤波器模块22的操作期间被建立为参数。如下文将进一步详细讨论的，自适应传感器滤波器模块22采用一个或更多个自适应噪声消除电路提供反馈校
正。参考环境信号可以反映对传感器系统的热系数具有影响的任何条件。例如，如上所述，环境温度有很大的影响，在一些实施例中，参考环境信号ref可以从合适的温度传感器(诸如设置在传感器组件上的热敏电阻)获得。如应理解的，这样的传感器可以被设置在将加热元件的影响最小化的位置，这样就可以测量到更准确的环境温度。此外，如下文所讨论的，附加地或可替代地，其他参考环境信号可用于补偿诸如湿度、压力之类的条件或影响系统10的热系数的任何其他条件。
52.自适应传感器滤波器模块22可以以任何合适的方式实现，诸如通过处理器，该处理器可以是一个或更多个微处理器、中央处理单元(cpu)或运行软件程序的其他处理器，该软件程序可以存储在存储器中，该存储器可以是供处理器使用的计算机可读介质(诸如电子存储器)或其他存储介质(诸如硬盘、光盘等)的任何组合。尽管在一个或更多个传感器是基于mems的上下文中进行了描述，但本公开的技术可以被应用于任何传感器的设计或实现方式。相应地，自适应传感器滤波器模块22可以被实现为硬件和软件(该软件包括但不限于应用软件、固件、常驻软件、微代码等)的任何合适的组合，并且可以采取从用于由计算机或传感器10的任何指令执行系统或处理资源使用或与之结合使用的提供程序代码的计算机可用介质或计算机可读介质访问的计算机程序产品的形式。
53.图2中示意性地描绘了合适的自适应噪声消除过程的示例，以减少或消除任何不想要的信号成分。传感器信号d(n)与参考信号x(n)一起被提供为输入，从而自适应滤波器输出自适应消除信号y(n)。然后，可以将自适应消除信号y(n)与输入信号d(n)进行混合以提供经补偿传感器信号e(n)。自适应滤波器的权重至少部分地基于如所指示的经补偿传感器信号e(n)，其使用系统识别来适应偏移、敏感度和/或漂移以及任何其他不想要的信号成分，基本上实现了无限脉冲响应滤波器。本公开的技术反转了自适应噪声消除的典型前馈结构，以提供允许在μv级别上进行加热器补偿的反馈方法，详见下文。最理想的是，滤波器的采样率可以被选择为足够高，以保持性能在可接受的范围内。值得注意的是，本公开的传感器受到温度、湿度和漂移这三个主要误差的严重影响。如果允许这些误差不被实时检查，将有效地影响传感器的输出，导致饱和以及无法记录可行的测量。本公开的自适应噪声消除结构有效地将这些相关的错误识别为噪声，并且通过同步的自动系统识别和补偿来减少或消除它们。如将要描述的，这是通过直接控制应用于加热元件的μv补偿量来实现的，以便在消除或至少减少干扰(否则会使传感器无用)后，仍然提供可行的传感器测量。为了比较，本领域内采用的常规现有技术方法使用离线“静态”校准，这在诸如这些应用之类的中已被发现是无效的。由于显著的漂移和周围环境条件的影响，校准系数在很短的时间帧内就变得无用。本公开的技术改为采用在线“动态”校准，其不断适应当前的干扰。
54.如上所讨论的，热传导传感器受到环境温度的显著影响，因此，本公开的实施例可以利用温度作为合适的环境条件参考信号，作为自适应滤波器的输入x(n)。然而，其他环境条件也会影响表现出热系数的任何传感器的操作，并且本公开的技术体现了使用任何数量的自适应噪声消除操作来帮助补偿这些条件的变化，诸如湿度和压力。作为一个说明，图3示意性地描述了传感器结构，其中采用三个级联滤波器以提供对温度、湿度和压力的补偿。如图所示，来自先前滤波器的经补偿传感器信号e(n)被作为输入提供给后续滤波器。一般来说，在执行后续的湿度和压力校正之前，最好先对对传感器性能有较大影响的条件，即温度，进行滤波。在其他实施例中，可以采用一个、两个或更多个自适应滤波器以补偿可以提
供参考信号的任何所需数量的环境条件。
55.为了帮助示出补偿影响具有热系数的传感器的环境条件的方面，图4描绘了根据一个实施例的示出合适的例程的流程图。从400开始，反映检测器样本和参考样本之间温度差分的传感器信号被作为输入提供。在402中，第一环境条件参考信号也被用作输入。在404中，针对第一环境条件参考信号具有权重的第一滤波器被用于提供第一自适应消除信号。在406中，将第一自适应消除信号与输入信号进行混合以提供第一经补偿传感器信号，其中第一滤波器的权重至少部分地基于第一经补偿传感器信号。在408中，至少部分地基于第一自适应消除信号向第一加热元件提供反馈控制。如上所述，自适应噪声消除的经典用法是在前馈配置中，但本公开采用允许在μv级别上进行加热器补偿的反馈方法。例如，第一加热元件可以与检测器加热元件12相对应，但校正也可以被应用于参考加热元件16。如有需要，可以执行附加的自适应噪声消除操作。值得注意的是，上述例程可以与提供被应用于其他加热元件的第二自适应消除信号的第二滤波器一起使用。这些第一自适应消除信号和第二自适应消除信号可以基于相同的环境条件参考信号，诸如，如由与如上所讨论的系统相关联的传感器测量的环境温度。再进一步，每个自适应消除信号可以被组合并且用作系统10的反馈控制，诸如通过调整驱动加热元件12和/或加热元件16的电压。期望的是向加热元件提供同步控制，以便传感器在经历超过轻微温度偏差时不会饱和。此外，上述例程可以根据需要针对许多不同的环境条件进行迭代，包括湿度和/或压力。
56.作为本公开的技术的进一步说明，图5示意性地描绘了被配置为补偿环境温度和湿度的另一个实施例。与上面讨论的其他实施例一样，一个主要输入是来自检测器和参考样本的差分温度测量值d/r。这里，第一滤波器被配置为补偿环境温度，所以其他主要输入是参考温度信号，如所指示的。第二滤波器接收参考湿度信号以及来自第一滤波器的经补偿传感器信号。将来自第一滤波器和第二滤波器两者的自适应消除信号进行组合，并用于为如上所讨论的系统的加热器提供反馈控制。这种结构的一个特性是，不是常规前馈技术中的使用来自第二滤波器的经补偿传感器信号作为输出来测量所检测气体的浓度，而是由自适应消除信号提供的反馈来驱动输入的d/r对输入的参考环境条件进行固有的补偿。因此，直接取自所测量的差分d/r的输出可用于测量所检测气体的浓度。
57.在进一步方面，已经发现使用相对湿度作为参考环境条件会导致传感器系统的测量不准确，这至少部分是由于参考和检测器测量的不同灵敏度。因此，本公开的一些实施例在补偿该环境条件时采用绝对湿度。在其他实施例中，可以调整参考和检测器的灵敏度，以便它们达到类似的性能，诸如当相对湿度的测量可用时，以便可以应用适当的转换。例如，图6示意性地描绘了差分热敏电阻对，诸如在图2的实施例中采用的。如图所示，将电阻rhd 30与参考热敏电阻18并联，可降低对湿度的敏感度。应该选择rhd的值，以使热敏电阻18与热敏电阻14作出同等的反应，即使它在不同的温度下工作。作为说明，下面的讨论是在被配置为检测二氧化碳的传感器系统10的上下文中进行的。在这样的实施例中，加热元件12将检测器样本设置为150℃，并且加热元件16将参考样本设置为300℃。图7示出了在不同温度下co2和h2o(湿度)的以μv的测量值的绘图。可以看出，在300℃时，co2的测量电压为0，这意味着参考热敏电阻18仅检测湿度，而在150℃下工作的检测器热敏电阻14则检测湿度和co2两者。由于期望的结果是由热敏电阻14和热敏电阻18的组合提供的差分测量d/r仅反映co2，所以每个热敏电阻的h2o测量值应该是一样的。然而，点70示出了在150
°
下的湿度测量
值与点72不一样，点72示出了在300
°
时的额定湿度测量值。相应地，电阻rhd 30应与热敏电阻18并联，以提供点74所示的湿度测量值，其与点70相等。在这种配置下，湿度对在150℃下工作的检测器热敏电阻14和在300℃下工作的参考热敏电阻18两者的影响将是相同的，并且差分信号d/r将仅对co2浓度作出适当的响应。
58.从上述讨论中可以了解到，本公开的技术在反馈而非前馈的结构中采用自适应滤波器。此外，自适应滤波器的使用通过补偿传感器系统的热系数偏移而自动提供对传感器漂移的校正，并且通过补偿热系数敏感度而提供传感器响应。在系统运行期间，一个或更多个自适应滤波器优化加热器反馈控制和参考电压的参数，以减少基于变化的环境条件(包括温度、湿度和/或压力)对信号的干扰贡献。因为气体传感器对变化非常敏感，所以可能缓慢收敛是更优选的，以避免滞后现象。在最初的操作中，该自适应滤波器可能需要一些时间来达到适当的参数。然而，该技术的自适应性质意味着该系统将随时间自动适应传感器性能的变化，诸如可能由老化引起的变化，而无需在受控设置下进行重新校准以重新表征传感器。相应地，本公开的技术允许相对便宜的热差分传感器准确测量气体浓度，而无需受控环境，这大大增加了合适应用的数量。
59.尽管本发明已经根据所示的实施例进行了描述，但本领域普通技术人员将很容易认识到，实施例可以有变化，并且这些变化将在本发明的精神和范围内。例如，尽管上述讨论是在检测和测量气体的上下文中提供的，但这些技术可以扩展到使用热传导原理的任何传感器。因此，本领域普通技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行许多修改。

技术特征：
1.一种用于对影响具有热系数的传感器的环境条件进行补偿的方法，所述方法包括：获得输入传感器信号；获得第一环境条件参考信号；将具有权重的第一滤波器应用于所述第一环境条件参考信号以提供第一自适应消除信号[y(n)]；将所述第一自适应消除信号与所述输入信号进行混合以提供第一经补偿传感器信号，其中所述第一滤波器的权重至少部分地基于所述第一经补偿传感器信号；以及至少部分地基于所述第一自适应消除信号向第一加热元件提供反馈控制。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一环境条件参考信号包括温度信号、湿度信号和压力信号中的至少一个。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将具有权重的第二滤波器应用于所述第一环境条件参考信号以提供第二自适应消除信号；将所述第二自适应消除信号与所述输入传感器信号进行混合以提供第二经补偿传感器信号，其中所述第二滤波器的权重至少部分地基于所述第二经补偿传感器信号；以及至少部分地基于所述第二自适应消除信号向第二加热元件提供反馈控制。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述输入传感器信号是从检测器温度传感器和参考温度传感器获得的差分信号，并且其中所述第一加热元件驱动所述检测器温度传感器并且所述第二加热元件驱动所述参考温度传感器。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：获得第二环境条件参考信号；将具有权重的第三滤波器应用于所述第二环境条件参考信号以提供第三自适应消除信号；将所述第三自适应消除信号与所述第一经补偿传感器信号进行混合以提供第一经双重补偿传感器信号，其中所述第三滤波器的权重至少部分地基于所述第一经双重补偿传感器信号；以及通过将所述第一自适应消除信号与所述第三自适应消除信号进行组合向所述第一加热元件提供反馈控制。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一环境条件参考信号和所述第二环境参考信号各自包括温度信号、湿度信号和压力信号中的至少一个。7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：将具有权重的第四滤波器应用于所述第二环境条件参考信号以提供第四自适应消除信号；将所述第四自适应消除信号与所述第一经补偿传感器信号进行混合以提供第二经双重补偿传感器信号，其中所述第四滤波器的权重至少部分地基于所述第二经双重补偿传感器信号；以及至少部分地基于所述第四自适应消除信号向第二加热元件提供反馈控制。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：获得多个环境条件参考信号；针对所述多个环境参考信号中的每一个应用自适应滤波器；以及至少部分地基于来自每个自适应滤波器的自适应消除信号向所述第一加热元件提供反馈控制。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述多个环境条件参考信号各自包括温度信号、湿度信号和压力信号中的一个。10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：针对所述多个环境参考信号中的每一个应用附加自适应滤波器，以及至少部分地基于来自每个附加自适应滤波器的自适应消除信号向第二加热元件提供反馈控制。11.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述第一加热元件包括：将所述第一自适应消除信号从数字域转换到模拟域。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器包括气体检测器。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述传感器包括二氧化碳检测器。14.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一环境条件参考信号包括湿度传感器，并且其中所述湿度传感器被配置为测量绝对湿度。15.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：调整所述参考温度传感器的湿度敏感度。16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：调整所述第一自适应消除信号的收敛性。17.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述第一加热元件包括：应用小于1毫伏的偏差。18.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一加热元件和所述第二加热元件被配置为保持不同的额定温度。19.一种传感器系统，所述传感器系统具有第一加热元件、第一环境条件传感器、输入传感器信号和自适应传感器滤波器模块，其中所述自适应传感器滤波器模块被配置为：获得所述输入传感器信号；从所述第一环境条件传感器获得第一环境条件参考信号；将具有权重的第一滤波器应用于所述第一环境条件参考信号以提供第一自适应消除信号；将所述第一自适应消除信号与所述第一环境信号进行混合以提供第一经补偿传感器信号，其中所述第一滤波器的权重至少部分地基于所述第一经补偿传感器信号；以及至少部分地基于所述第一自适应消除信号向所述第一加热元件提供反馈控制。20.根据权利要求19所述的传感器系统，进一步包括检测器温度传感器和参考温度传感器，并且其中所述输入传感器信号包括来自所述检测器温度传感器和所述参考温度传感器的差分信号。21.根据权利要求20所述的传感器系统，其中所述自适应传感器滤波器模块进一步被配置为：将具有权重的第二滤波器应用于所述第一环境条件参考信号以提供第二自适应消除信号；将所述第二自适应消除信号与所述第一环境信号进行混合以提供第二经补偿传感器信号，其中所述第一滤波器的权重至少部分地基于所述第二经补偿传感器信号；以及至少部分地基于所述第二自适应消除信号向第二加热元件提供反馈控制，其中所述第一加热元件和所述第二加热元件被配置为各自驱动所述检测器温度传感器和所述参考温度传感器中的一个。22.根据权利要求21所述的传感器系统，其中所述第一环境条件传感器是温度传感器。
23.根据权利要求20所述的传感器系统，进一步包括多个环境条件传感器，并且其中所述自适应传感器滤波器模块进一步被配置为：获得多个环境条件参考信号；针对所述多个环境参考信号中的每一个应用自适应滤波器；以及至少部分地基于来自每个自适应滤波器的自适应消除信号向所述第一加热元件和所述第二加热元件提供反馈控制。24.根据权利要求23所述的传感器系统，其中所述多个环境条件参考信号各自包括温度信号、湿度信号和压力信号中的一个。25.根据权利要求21所述的传感器系统，其中所述参考温度传感器通过耦合并联电阻被调整为相对于所述检测器温度传感器具有同等的湿度敏感度。

技术总结
影响具有热系数的传感器的环境条件通过对环境条件参考信号应用自适应滤波器进行补偿。所得到的自适应消除信号可用于向第一加热元件提供反馈控制。元件提供反馈控制。元件提供反馈控制。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：因文森斯公司
技术研发日：2022.02.04
技术公布日：2023/9/23