带恒温控制与自校正的硅铝异质结构压力传感器研究

传统硅基压力传感器普遍具有灵敏度低、温漂和时漂明显等半导体器件固有属性.本文提出的硅铝异质结构MEMS压力传感器及其恒温控制和自校正方法可一定程度上解决该问题.采用SOI硅片制造了具有压阻放大效应的新型硅铝异质结构压力传感器芯片,利用有限元仿真验证了其有效性.随后为其设计了恒温控制封装结构和自适应优化目标值PID加热控制策略,采用热稳态分析验证了该恒温控制封装的合理性.传感器采用AD5420可调电流源来模拟传感器的标定压力,在传感器发生一定时漂特性后更新传感器的输出特性,完成自校正操作.实验表明单个应力敏感硅铝异质结构在恒温系统控制下达到0.283 mV/V/kPa的灵敏度,结合温度参考结构的差分输出,传感器的热零点漂移系数从-6.92×10-1％FS/℃减小至-1.51×10-3％FS/℃,且可达到±5.5 kPa的预测误差,同时自校正操作将传感器最大预测误差从-6.1 kPa减小至5.0 kPa.本文提出的硅铝异质结构压力传感器的温度补偿与时漂补偿方案对优化压阻式压力传感器的综合性能有着一定的借鉴意义.     

扩散硅压力传感器的高精度误差补偿算法

扩散硅压力传感器的传输特性受温度影响较大,必须采用某种手段将传感器的输入压力与温度进行解耦,从而实现对压力传感器输出的有效补偿,进而得到准确可靠的压力测量值.文中分析了一般扩散硅压力传感器的误差组成,针对误差提出了一个简单而又高精度的补偿模型,建立了有效算式,最后通过实例验证了算法的正确性,其精度可达到0.1％FS以下.     

双岛结构硅压力传感器的非线性内补偿研究􀀁

本文指出采用矩形双岛结构可以实现硅压力传感器的非线性内补偿，用一维近似模型分析计算了矩形双岛结构硅压力传感器硅芯片的应力分布及其与（１００）硅各向异性腐蚀深度的关系，指出对已确定了几何尺寸的掩膜，可以找到某一最佳腐蚀深度，使这时两对力敏电阻所受横向应力大小与其非线性值成反比，这样总的非线性零值，通过实验证实了这一结论。     

扩散硅压力传感器的综合补偿及其应用

针对扩散硅压力传感器所存在的温度漂移和非线性等问题，分析并建立了对其实现综合补偿的方程式，并利用单片机予以实现，最终使数字压力计的精度达到０．０５级。     

用小波神经网络补偿传感器非线性误差的研究

研究了一种用小波神经网络对传感器非线性误差进行补偿的方法 ,给出了相应的算法和计算公式。该方法可将传感器传输特性的非线性模型改造成为与实际物理过程相一致的不失真的线性模型 ,从而使传感器的非线性误差大大减小。应用实例结果表明了该方法的有效性。     

硅-蓝宝石压力传感器温度补偿研究

针对硅-蓝宝石压力传感器在测量过程中容易受温度影响的问题,提出了一种基于串并联恒定电阻法和分段插值法的温度补偿方法;从硬件补偿电路和软件补偿算法两个方面论述了补偿方法的原理及实现方法,并通过实验验证了该方法的可行性.实验结果表明,最终制成的硅-蓝宝石压力传感器最大相对误差为0.357％,综合误差小于0.129％.     

一种硅压力传感器的高精度宽温度补偿设计

本文提出了一种硅压力传感器的温度补偿方法,同时给出了如何进行温度补偿以及非线性修正的具体算法,实现了硅压力传感器宽温度范围下的高精度测量。     

血压计用MEMS压力传感器设计与制造

针对微机电系统(MEMS)压力传感器灵敏度及线性度较难兼顾的问题,设计了一种可应用于电子血压计量程为40 kPa的MEMS压力传感器.首先基于硅压阻式MEMS压力传感器的工作原理,使用COMSOL Mutilphysics软件对传感器结构进行仿真设计,根据理论计算各结构尺寸,得到可获得最高输出灵敏度以及最小非线性的电阻...     

基于小波神经网络的压力传感器温度补偿方法

介绍了硅压阻式压力传感器温度误差产生的原因及其特点,在比较了多种神经网络优缺点的基础上,提出了一种利用小波神经网络对压力传感器温度误差及非线性误差进行补偿的方法.该网络与BP神经网络相比,具有更快的收敛速度和更好的补偿精度.经过实验证明:该网络能够有效地补偿压力传感器的温度非线性误差,在-40～60℃范围内,使温度误差从原来的5.4%降到了0.2%.     

MEMS应变式结冰传感器设计与制作

提出了一种MEMS应变式结冰传感器.传感器基于结冰造成薄膜刚度改变的原理,采用惠斯通电桥结构检测结冰薄膜上应变电阻的变化,感知结冰信号.传感器利用惠斯通电桥自身结构及外加温度补偿电路,可有效地抑制输出信号的温漂.通过理论分析和有限元仿真,分析了器件的敏感机理,并对结构参数进行计算.采用与IC工艺兼容的体硅MEMS工艺完...     

一种航空配套微压传感器芯片设计及制备

针对航空领域微小压力测量需求,介绍了一种沟槽梁膜复合结构压力芯片的设计和制备方法。设计的压力芯片解决了传统硅压阻压力传感器灵敏度与线性度的固有矛盾,通过有限元分析可动膜片应力应变输出,并结合曲线拟合分析,提出了一种优化芯片可动膜片结构尺寸的设计方法。利用MEMS加工工艺,实现了沟槽梁膜双重应力集中结构压力芯片的制备。在量程0~1 psi范围内,传感器灵敏度30.9 mV/V/psi,非线性误差0.25%FS,综合精度0.34%FS,实现了灵敏度和线性度的同步提高,满足了飞行器高度、风洞测试等领域的微压测试需求。     

柔性压力传感器温度漂移补偿结构设计

温度补偿是对微传感器的性能进行优化与稳定的必要技术方案。提出了一种适用于柔性压力传感器的温度漂移补偿方法及结构,选用高热膨胀系数的聚二甲基硅氧烷(PDMS)与硅橡胶(EcoFlex)作为柔性衬底,结合基底表面微结构设计进行温度补偿。由测试结果分析,未补偿前传感器的TCR系数为-0.57%/K,在EcoFlex、PDMS、表面具有微结构的EcoFlex、以及表面具有微结构的PDMS四种基底上TCR系数分别为-0.42%/K,-0.37%/K,-0.24%/K,-0.22%/K,可知温度漂移得到有效补偿。本研究方法为柔性压阻式传感器的温漂性能优化提供了有益的借鉴作用。     

平膜片式压力传感器有限元分析

本文用有限元方法分析平膜片式压力传感器弹性元件表面径向应变及切向应变与薄膜应变片阻值变化的联系后,根据电桥原理得到与其输出电压之间的关系,最终并分析了传感器之非线性精度。     

轮腹式压力传感器的力学分析

本文对轮腹式压力传感器进行了三维有限元力学分析,找出了该传感器的位移及应力的变化规律.     

蓝宝石高温光纤压力传感器的设计与仿真

针对高温环境下压力测量需求,提出采用蓝宝石材料来构造适用于特殊环境下的光纤高温法珀压力传感器。基于圆形膜片压力敏感原理设计了传感器敏感单元结构尺寸,通过Comsol有限元软件建立了敏感单元模型,对敏感膜片的表面位移及应力分布情况进行了仿真,验证了传感器设计的可靠性;同时分析了传感器的温敏效应,结果表明随温度升高,传感器的灵敏度会增大,会对压力测量产生误差,约为1.51kPa/℃,上述结果为蓝宝石高温压力传感器的结构和性能优化设计提供了有效指导。     

三分量应变传感器弹性体结构设计

介绍的三分量力传感器是盒式装配式六分量天平的核心部件,该传感器弹性体采用串并联联合结构的型式,实现力的彻底分解与测量。本文分别运用传统的材料力学计算和有限元分析方法,对弹性体进行设计计算。将所得结果与传感器实测结果相比较,展现出较好的一致性。实验验证相关结论,表明设计取得良好的效果。     

时栅角位移传感器误差测试及补偿

在工业现场,角位移传感器校准受特殊条件的限制,很难用标准器进行密集误差采样来提高精度。针对该问题提出了一种稀疏误差采样及补偿方法。在分析时栅角位移传感器的感应信号的基础上,提出稀疏采样第1个对极内细分误差+对极点零位误差的测补方式,给出用激光干涉仪获取零位和细分误差的方法及采用稀疏采样的误差补偿模型进行补偿的具体过程。以72对极时栅角位移传感器为对象进行研究,实验结果表明:该方法充分剔除了零位误差且补偿了细分误差,在稀疏采样的条件下即可实现整周范围的有效补偿,大大提高了修正效率和测量精度,时栅传感器的精度达到2.69″。     

具有温度及压力补偿的矿用红外甲烷传感器设计

针对现有红外甲烷传感器因受温度、压力影响而采取硬件补偿方式后存在测量精度和可靠性降低的问题,提出了一种具有温度及压力补偿功能的矿用红外甲烷传感器设计方案,详细介绍了该传感器的软硬件设计,给出了温度、压力的补偿方法,即在数据处理上增加了环境温度及压力补偿功能。测试结果表明,该传感器具有测量精确度高、稳定性好、环境适应能力强等优点。