压阻式压力传感器温度补偿技术的研究及应用

压阻式压力传感器易受温度影响产生零点漂移和灵敏度漂移,为了降低环境温度对传感器输出的影响,首先分析了传感器产生温度漂移误差的原因,针对传感器存在的温度漂移误差和输出信号的非线性介绍了一种硬件温度补偿方法和基于MAX1452的软件温度补偿方法,着重阐述了MAX1452的补偿原理以及对传感器的补偿过程.最后通过温度试验和温度循环试验比较分析了以上两种温度补偿方法,试验结果表明软件补偿方法具有更加优良的补偿效果,在-40～60℃温度范围内的精度小于0.5％.     

基于分段线性插值法的应变片式扭矩传感器的温度补偿

本文针对应变片式扭矩传感器的温度漂移现象,建立基于分段线性插值法的温度补偿模型,将扭矩和温度的二维标定数据嵌入到数据融合软件算法中,根据精度要求分为多个不同区间并将区间内的标定点代入线性表达式,输出预测扭矩值,从而实时矫正该传感器扭矩随温度的漂移,使其具有温度自补偿功能。研究结果表明,利用分段线性插值法补偿后该传感器的灵敏度温度系数由7.615×10^(-4)/℃提升至1.429×10^(-4)/℃,温度附加误差相对值由2.67%提升至0.5%,均提升了5倍以上。该方法简单有效,实现了扭矩传感器的实时温度补偿,提高了扭矩传感器的温度稳定性。     

温度不敏感光纤光栅大电流传感器

为了实现高压传输电线上电流的测量,设计了一种基于超磁致伸缩材料的温度不敏感光纤光栅大电流传感器。该电流传感器具备温度补偿的特点,避免了超磁致伸缩材料热胀冷缩对传感器的影响,消除了光纤光栅的温度-应变交叉敏感问题,同时增大了光纤光栅的应变,提高了测量精度。实验结果表明,在-10～70°C的温度变化范围内,补偿后光纤光栅的温度系数约为4.38×10-4nm/°C,约为补偿前的1/23。传感器的布拉格波长漂移与电流变化具有较好的线性度,温度变化影响很小。螺线管电流灵敏度为1.9127nm/A,与理论值的相对误差为0.26%。理论与实验结果符合较好,表明该传感器结构是可行的。     

对称式闭环霍尔电流传感器研究与设计

霍尔传感器是由半导体材料加工而成的有源器件,其输出电压随着温度变化而产生漂移,这限制了其在高精度磁场测量场合的应用。提出了一种新型对称式闭环霍尔电流传感器,对其进行了系统地设计。利用霍尔元件灵敏度的差异设计了输出电压运算电路,分析了对称式闭环电流传感器工作原理并给出了闭环传递函数。电路仿真和样机实验结果表明,对称式闭环霍尔电流传感器具有较好的温度特性,温度系数减小至0.000 8%/℃。相比其他温度补偿方法,该方法简单易实现,能够实现温度漂移的完全补偿,霍尔元件可以根据测量需要任意选型,不受驱动方式的限制。     

基于MAX1452的压力传感器温度补偿

传感器精度是影响电-气比例调压阀性能的重要因素。以硅压阻式传感器为例,介绍传感器存在的温度误差,着重阐述采用MAX1452补偿其温度误差的原理,并系统介绍温度补偿的操作流程和校正系数的选择计算,通过实例分析验证压阻传感器经MAX1452补偿后,其温度误差可明显降低。     

非开挖水平定向钻进中倾角测量

介绍利用微硅加速度计来进行倾角测量的新方法。结合实际应用,对传感器的温度特性进行补偿。该倾角测量方法具有较高的测量精度、灵敏度以及可靠性。     

改进 IGABP 模型补偿倾角传感器温度漂移研究

倾角传感器很容易受到环境温度变化的影响,产生测量误差,即温度漂移现象。针对此问题,设计了一种基于改进的遗传算法(IGA)优化反向传播神经网络(BPNN)的温度漂移补偿模型。其中遗传算法使用了新的选择策略和交叉变异因子,增加了跳出局部最优解机制。实验结果显示,IGABP补偿模型的均方误差(MSE)为0.003 28,经过补偿模型修正后的平均温度漂移为0.039°,远优于未修正时的平均温度漂移0.190°。研究结果表明,IGABP补偿模型与传统的神经网络模型相比,具有更快的收敛速度和更高的补偿精度,能够有效的补偿因温度导致的测量误差,提高倾角传感器的稳定性和精度。     

传感器测量误差补偿方法

传感器测量在工业生产中有着广泛的应用,缺点是温度漂移较大.为了提高传感器测量精度,消除环境温度的影响,减少测量过程中的噪声干扰.本文介绍了系统硬件和软件的设计思路,利用电路差分原理,单片机软件控制原理,实现误差补偿.结果表明,该线性电阻温度传感器的输出电压与温度成良好的线性关系,实测结果的最大非线性误差不超过0.5%,通过对补偿前后电路进行验证,得出温度-电压曲线,将补偿前和补偿后实验结果进行对比,温度漂移小于10%.达到良好的效果,具有较大的推广应用价值.     

硅微机械谐振式压力传感器闭环方法

提高硅微机械谐振式压力传感器的性能指标有很多方法,如何对已知敏感结构的输出量程范围内所有谐振频率点进行实时闭环跟踪是其中之一。对几种比较常用硅微机械谐振式压力传感器的激励-拾振方式进行介绍,对所调研的国内外文献给出的谐振式微结构传感器闭环控制方法进行比较分析,提出一种新的针对电热激励-压阻拾振方式的复合敏感结构进行闭环控制的方法,同时给出了提高该类型传感器性能的有效手段和研究方向。     

SOI特种高g值MEMS加速度计设计与分析

基于SOI技术,利用ICP体硅深加工,设计分析了一种新型平面内振动高g值压阻式加速度计。该加速度计包括X轴向与Y轴向单元,采用三梁-扇形质量块平板内振动结构。对称的布局方式,有效的消除了灵敏度的交叉干扰,提高了传感器的测量精度。论文建立了理论模型,并利用ANSYS软件对传感器进行模拟分析与验证,理论与模拟分析结论吻合较好。分析表明,加速度计在X轴向和Y轴向灵敏度分别为1.2μv/g和1.18μv/g;谐振频率分别为479kHz和475kHz。可实现对量程高达25万g加速度的测量。     

倾角传感器温度特性研究

倾角传感器广泛应用于航海、航天、军事等领域,但在恶劣的工作环境下,倾角传感器易受温度影响,存在零点和灵敏度温漂.以ADXL213倾角传感器为研究对象,研究了基于径向基函数RBF神经网络温度补偿方法,并对比BP神经网络建立了温度补偿模型.结果表明,RBF神经网络补偿效果和训练速度明显优于BP神经网络;补偿后倾角传感器轴向零点温漂和灵敏度温漂都降低了2个数量级,取得了良好的补偿效果.     

Cantilever beam temperature sensors for biological applications

This review presents two types of cantilever beams employed as highly sensitive temperature sensors. One type is fabricated from composite materials and is operated in the deflection mode. The second type, used as a temperature sensor and presented in this review, is a resonant cantilever beam. The materials used for the fabrication of the bimaterial cantilever beam are silicon or silicon nitride and thin metallic films such as gold or aluminum. When the temperature changes, the different coefficients of thermal expansion of the metal and silicon cause the sensor to deflect. Considering the models of temperature measurement for biological cells, the heat should be applied locally at the tip of the cantilever beam. Formulas for the calculation of the deflection as a function of incident power applied at the free end of the cantilever beam operated in a liquid are presented in this review. The natural convective heat transfer coefficient was estimated by using the mathematical model and experimental values. For biological applications, the cantilever beam temperature sensor was operated in a liquid, and the heat transfer coefficients were between 381 and 642 W/m²K when the temperature applied to the cantilever's free end varied from 28 to 71.8 °C. The resonant cantilever beam was also demonstrated as a sensitive temperature sensor for biological applications. As a thermogenic sample, brown fat cells (BFCs ), which are related to metabolic heat production, are employed. The working principle of the resonator cantilever beam temperature sensor is based on the shift in resonant frequency in response to temperature changes. The resonant frequency and the temperature coefficient were 960 kHz and 22.0 ppm/K, respectively. The measurements were performed by stimulating the activity of BFCs by flowing a norepinephrine (NE ) solution (1 µM ).     

基于RBF神经网络和LS-SVM组合模型的磁浮车间隙传感器温度补偿

对磁浮车悬浮间隙传感器温度漂移产生机理进行了研究,提出采用组合预测的方法建立传感器温度特性逆模型进行温度补偿,根据传感器温度特性分别建立径向基函数神经网络(RBF-NN)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)温度补偿系统模型,通过在探头内布置PT1000铂热电阻检测探头温度,依据温度信号对传感器进行温度误差补偿。仿真结果表明组合模型能较好地拟合温度逆特性,组合补偿模型的输出不受工作温度的影响,全量程最大误差为0.14 mm,在工作间隙范围内误差小于0.05 mm,且组合模型的补偿误差优于单一模型补偿效果,该方法可有效消除温度漂移效应,并提高传感器的检测准确度,能够满足磁浮车悬浮控制系统要求。     

Modeling and simulation of temperature drift for ISFET-based pH sensor and its compensation through machine learning techniques

The paper presents modeling and simulation of ion-sensitive field-effect transistor (ISFET)-based pH sensor with temperature-dependent behavioral macromodel and proposes to compensate the temperature drift in the sensor using intelligent machine learning (ML) models. The macromodel is built using SPICE by introducing electrochemical parameters in a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) model to simulate ISFET characteristics. We account for the temperature dependence of electrochemical and semiconductor parameters in our macromodel to increase its robustness. The macromodel is then exported as a subcircuit element, which is used to design the readout interface circuit. A simple constant-voltage, constant-current (CVCC) topology is utilized to generate the data for temperature drift in ISFET pH sensor, which is used to train and test state-of-the-art ML-based regression models in order to compensate the drift behavior. The experimental results demonstrate that the random forest (RF) technique achieves the best performance with very high correlation and low error rate. Corresponding curves for output signal using the trained models show highly temperature-independent characteristics when tested for pH 2, 4, 7, 10, and 12, and we obtained a root mean squared error (RMS) variation of ΔpH ≤ 0.024 over a temperature range of 15°C to 55°C in comparison with ΔpH ≤ 1.346 for uncompensated output signal. This work establishes the framework for integration of ML techniques for drift compensation of ISFET chemical sensor to improve its performance.     

一种推力轴承油膜厚度光纤传感器的网络补偿技术

本文在光纤传感补偿网络基础理论的启发下，应用了一种基于压力油介质影响因子的三节点全光纤补偿网络结构，建立了一种新型油膜厚度光纤传感器网络补偿数学模型。实测应用表明：该补偿网络结构与巳有的其它网络相比，具有性能优良、结构简单、容易实现的特点，进一步提高了油膜厚度光纤传感器的测量精度。     

Ni-Cr合金超声导波温度传感器的设计

为了实现在高温环境下对温度的精准测量,基于超声导波测温原理,设计了一种镍铬合金超声导波温度传感器。镍铬合金具有抗氧化性好、高温环境下强度高、热膨胀系数小、导热性能好以及长期使用不变形等优点。经过分析,选用长为1 m,直径为0.8 mm,区截长度为30 mm的Ni-Cr合金丝作为敏感元,采集超声回波信号,利用互相关计算渡越时间,实现对温度的测量,并对传感器的测温范围、灵敏度以及重复性进行了分析,实验结果表明该传感器在1 100℃的强氧化环境下准确度达到了1%。