基于MAX1452的MEMS压力传感器校准系统的设计

为解决飞行器气动参数测试系统中压力测量时的温度漂移问题,设计了一种基于MAX1452的MEMS压力传感器校准系统.介绍了系统结构、功能、数据传输及软件实现.利用Visual C + +6.0对上位机软件进行编程,实现了对核心补偿器件MAX1452的可视化操作与控制.通过最小二乘法进行曲线拟合,得到零点及灵敏度温度漂移补偿数据.运行结果表明:系统工作可靠,压力参数测量精度优于0.5%FS.     

介质隔离高精度 MEMS 谐振式压力传感器

为满足液体、气体多种介质中高精度压力测量要求,本文设计了一种介质隔离的高精度微机械电子系统(MEMS)谐振式压力传感器。为降低充油封装过程中压力传递损耗以及非线性问题,本文对波纹膜片的结构参数进行了仿真优化并确定了适合传感器芯体的膜片参数。采用MEMS加工工艺和真空微量充灌方法,完成了MEMS谐振式压力传感器芯体制作与充油封装。利用双谐振器压力、温度多参数协同敏感方法,在不外加温度传感器的条件下实现了温度自补偿。测试表明,封装后的传感器在-55℃～85℃工作温度范围内,准确度优于±0.01%FS、迟滞性误差优于0.006%FS、非线性误差优于0.003%FS、重复性误差优于0.008%FS。     

传感器温漂动态补偿的模拟方法

从敏感元件的能量特性曲线斜率与温度漂移变化率两个参数,讨论用跟踪温度变化的方法,对温度漂移进行动态补偿,建立动态补偿的数学模型,用模拟电路实现传感器电路设计。     

用于恶劣环境的耐高温压力传感器

为了解决如高温200℃等恶劣环境下的压力测量问题,基于微机电系统(MEMS)和高能氧离子注入(SIMOX)技术,研制了一种量程为0~120 kPa的压阻式压力传感器。该传感器芯片由硅基底、薄层二氧化硅、惠斯登电桥结构的硼离子注入层、氮化硅应力匹配层、钛-铂-金梁式引线层和由湿法刻蚀形成的空腔组成。在氧剂量1.4×10¹⁸/cm²和注入能量200 keV条件下,由高能氧离子注入技术形成厚度为367 nm的埋层二氧化硅层,从而将上部测量电路层和硅基底隔离开,解决了漏电流问题,使得传感器芯片可以在高温200 ℃以上的环境下使用。为了提高传感器在宽温度范围内的稳定性,对温度补偿工艺进行了研究,补偿后的传感器灵敏度温度系数和零位温度系数很容易控制在1×10^-4/℃·FS。实验标定结果表明:在200 ℃下,研发的耐高温压力传感器具有很好的工作性能,其线性度误差达0.12%FS、重复性误差为0.1%FS、迟滞误差为0.12%FS,精度达0.197%FS,满足油井、风洞、汽车和石化工业等现代工业的应用需求。     

基于ATmega16的压力传感器温度补偿智能化设计

针对硅压阻式压力传感器的温度漂移现象,提出了一种压力传感器温度补偿智能化的设计方法。该设计以ATm ega16为核心芯片,以CS5532为模数转换器,整个电路选用低温漂的元件,并且在软件补偿中采用二次曲面法。实验温度范围为-30~55℃,经过反复实验,得出智能传感器在不同温度下最大测量误差为0.29%的结论。实验结果表明:此智能化的设计可以很好地补偿压力传感器的温度漂移,提高传感器的性能及测量准确度。     

一种电容式加速度传感器的温度补偿电路

在电容式加速度传感器系统中,与电容式加速度敏感头相连的外围电路普遍存在温度漂移的问题.利用差分运算放大电路作为传感器的温度补偿电路,并描述了其工作原理.实验结果表明,该温度补偿电路可有效抑制传感器外围电路的温度漂移,把-40～60 ℃温度范围内的温漂抑制在20 mV内,且对电容式加速度传感器的线性度也有明显的改善.该补偿电路结构简单、实用性强、调节方便,具有一定的生产应用价值.     

基于虚拟仪器的压力传感器自动补偿校正系统

针对压力传感器的误差和温度漂移问题，推导了传感器组件的输出电压与压力、温度的关系，并提出了一种基于虚拟仪器技术的压力传感器自动补偿校正系统。该系统能对压力传感器的零点误差、灵敏度误差和温度漂移进行自动的补偿校正。实际测试显示，补偿校正前传感器相对期望值的精度≤13．2％，经补偿校正后，传感器组件相对期望值的精度≤1％。这说明该系统可高效地对压力传感器进行补偿校正，且补偿校正效果好，适合对压力传感器进行批量补偿校正。     

高可靠性压差传感器的设计与测试

压差传感器用于伺服系统作动器两腔压力差的测量,文中针对高可靠性、高精度、耐高温、小型化压差传感器的应用需求,提出了高可靠性压差传感器的设计方案并进行测试,主要包括芯体设计、结构设计和电路设计。该产品采用SOI硅晶圆材料制作压力敏感芯片,可在150℃下正常工作。传感器通过性能测试以及环境试验,试验结果表明该传感器能够满足实际使用要求,在150℃下温度漂移和灵敏度漂移均小于±0.1%FS/℃。     

新型宽温区压力传感器技术

为研制新型耐高温和耐低温压力传感器,提出了一种基于SOS(蓝宝石上硅)技术制造的压力传感器.所述硅-蓝宝石压力传感器采用先封装再刻制应变电阻的新工艺,制成的应变电阻和补偿用热电阻精度高、质量好,且在整个工艺流程中不使用化学药品,对环境无污染.制成的硅-蓝宝石压力传感器,可以测量在-55～+400 ℃宽温区范围内的流体压力,并可以同时测量温度.给出了该传感器的试验数据,得到了比较满意的结果.     

电缆牵引车用测控仪的设计

采用光电式旋转编码器和鉴相电路 ,完成对缆线长度和速度的测量 ,其精度可达到± 0 .2 %FS ;采用扩散硅式压力传感器和特殊的温度补偿芯片MAX145 7,完成对牵引力的测量 ,其精度可达到± 0 .3%FS .     

基于光纤光栅的小量程称重传感器设计

设计了一种小量程光纤布拉格光栅称重传感器,采用双孔单槽式悬臂梁型弹性体结构,并利用有限元软件ANSYS对弹性体结构进行优化设计,以满足小量程设计要求。采用四片光纤光栅布片方式,提高了传感器的灵敏度,并利用正应变和负应变的光纤光栅信号进行叠加,以补偿温度的影响。对传感器进行加载卸载实验,并对所设计的传感器进行了整体性能分析,实验结果表明,传感器的称重范围为0-4kg,线性度误差小于0.9%,温度补偿达到了一定效果,性能稳定,证明了设计方法的可行性。     

半导体应变计的温度误差及其补偿

半导体式应变计的灵敏度很高,但它的电阻温度系数大,灵敏度也随温度变化而变化,易产生热零点漂移和热灵敏度漂移,文中分析了半导体式应变计温度误差产生的原因,提出了减小热零点漂移和热灵敏度漂移的几种方法,有效地实现了温度补偿。     

带温度补偿的低温漂石英微机械陀螺接口ASIC设计

本文通过分析石英陀螺的工作原理,设计了闭环自激驱动、低噪声相敏解调原理的接口电路,并研究了驱动力耦合对零位输出造成的影响,以提高石英陀螺的环境适应性。通过研究传感器敏感表头的空气阻尼和谐振频率等方面的温度特性,得出温度对驱动力幅值的影响。进而提出通过驱动力幅值进行温度补偿的方法。对接口电路温度特性以及对陀螺零位输出的影响进行了分析,设计了全温区带宽恒定的运算放大器单元,抑制由于检测信号中高次谐波分量比例变化产生的温度漂移,并在高压N阱CMOS工艺下流片,实现低温漂接口ASIC。在-45℃~85℃的温度范围内对石英陀螺整机进行零位温度循环测试,利用驱动力幅值对零位输出进行三阶拟合补偿,补偿后全温零位温度漂移小于20°/hr(1σ),短期稳定性为5°/hr,输出噪声为0.001°/s/√Hz。     

基于高场非对称波形离子迁移谱的生化传感器的设计

基于高场非对称波形离子迁移谱原理设计了一种由离子源,迁移区和检测器3部分组成的生化传感器。传感器采用真空紫外灯作离子源,高纯氮(99.999%)为载气,在常压下工作。加工了两种由两平行金属极板组成的迁移区,一种由两平板铜块组成,尺寸为25 mm×10 mm×1 mm;另外一种由微机电（MEMS ）工艺加工,尺寸为20 mm×10 mm×1.5 mm。MEMS工艺加工的迁移区间距为1.5 mm,电场强度＜10 000 V/cm,不能过滤丙酮离子;铜块迁移区间距为1 mm,电场强度＞10 000 V/cm。当方波非对称射频电压峰峰值为1 600 V,频率为195.8 kHz,占空比为30%,补偿电压为-8.63 V时,采用平板铜块迁移区实现了丙酮离子的位移补偿,实验结果验证了传感器的性能。     

基于正弦机构力放大原理的高灵敏度光纤光栅压力传感器

基于正弦机构力放大原理，设计研究了基于平面圆形薄板结构的新型高灵敏度光纤光栅压力传感器，研究表明，传感器的压力灵敏度可高达0．04711（pm／Pa），比裸光纤增敏了14989倍，可应用于超低量程压力的传感测量，而该封装结构易于传感FBG多路复用，组成传感器阵列。     

高速磁悬浮电动机的混合磁轴承最小电流控制

针对高速磁悬浮电动机位移传感器检测转子位移信号随温度漂移导致磁轴承控制系统稳定性变差,甚至造成系统失稳的问题,在分散PID控制基础上提出了混合磁轴承最小电流控制策略。该方法不受位移传感器检测信号随温度漂移的影响,可保证高速磁悬浮电动机转子的稳定悬浮。试验结果表明,最小电流控制策略能够实现转子的稳定悬浮,抑制了传感器温度漂移对系统稳定性的影响,同时控制电流达到最小。     

两种封装的光纤光栅温度传感器的低温特性

介绍了光纤光栅(FBG,Fiber Bragg Gratings)温度传感器的两种封装形式。推导了两种FBG温度传感器的温度敏感因素并进行了实验验证。实验研究了两种FBG温度传感器在-70~0 ℃的中心波长低温变化特性,比较了相同条件下两种FBG温度传感器的实验结果。结果表明:细不锈钢管封装的FBG温度传感器的中心波长在-60 ℃时发生了突变,急剧下降;而镀金FBG温度传感器的中心波长在-70~0 ℃随温度线性变化,重复性较好并且几乎没有迟滞现象。两种传感器在线性变化区间的温度灵敏系数KT 分别为28.2 pm/ ℃和21.3 pm/ ℃,分别是裸光纤布拉格光栅的3倍和2.3倍,它们的线性拟合度都超过0.999。     

光纤Bragg光栅靶式流量传感器设计

基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感检测技术与靶式流量计原理,针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题,设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件,对温度起到了补偿作用,并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明,该流量传感器的线性误差为0.31%。     

多晶硅纳米薄膜牺牲层压力敏感结构设计

为使多晶硅纳米薄膜良好的压阻特性在MEMS(微机电系统)压阻传感器中得到有效应用,在设计牺牲层结构压力传感器芯片中探索性地采用了多晶硅纳米薄膜作为应变电阻,并给出这种传感器的设计方法。分析了牺牲层结构弹性膜片的应力分布对传感器灵敏度的影响,优化设计了量程为0~0.2 MPa多晶硅纳米膜压力传感器芯片的结构参数。有限元法仿真结果表明:在保证传感器灵敏度大于50 mV/(MPa.V)的前提下,零点温漂系数可小于1×10-3FS/℃;灵敏度温漂(无电路补偿)可小于1×10-3FS/℃.为高灵敏、低温漂、低成本的高温压力传感器集成化发展提供了一条可行途径。     

压力传感器温度漂移补偿的RBF网络模型

压力传感器在实际应用中普遍存在着温度漂移现象,这降低了传感器的测量精度,因此需要采取适当的补偿措施对传感器的温度附加误差进行修正,从而提高测量的准确性.本文针对在压力传感器电路中采用温度硬件补偿措施成本较高且精度不高的情况,建立了RBF网络软件补偿模型.RBF网络具有良好的非线性映射能力和泛化能力,采用带遗忘因子的梯度下降算法进行RBF网络的参数调整,实验表明RBF算法学习速度快,精度高.对实验中采集的数据进行非线性补偿,取得了良好的效果,大大提高了压力传感器的性能和测量精度.