静电激励硅微机械谐振压力传感器设计

设计了一种静电激励/电容检测的硅微机械谐振压力传感器,采用改进的侧向动平衡双端固支音叉谐振器,利用基于绝缘体上硅的加工工艺制作。为了抑制压力敏感膜片受压变形时谐振器的高度变化,在谐振器固定端设计了全新的桁架结构。针对传感器检测信号微弱和同频干扰严重的特点,在芯体和接口电路设计中采取添加屏蔽电极、降低交流驱动电压幅值、差动电容检测和高频载波调制解调方案等多项措施。同时基于该接口电路设计了开环测试系统,并在常压封装条件下对传感器进行了初步性能测试。实验结果表明:其基础谐振频率为33.886 kHz,振动品质因数为1222;测量范围为表压0~280 kPa,非线性为0.018%FS,迟滞为0.176%FS,重复性为0.213%FS;在-20~60℃的温度范围内,谐振器的平均温度漂移为-0.037%/℃。     

微型硅谐振式压力传感器的研制

利用微电子机械加工技术成功地研制出电热激励、压阻拾振的高精度硅谐振梁式压力传感器。传感器的谐振器的品质因素Q值在真空中大于 10 0 0 0。采用特殊闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ,压力测试范围 0～ 40 0kPa ,线性相关系数 0 .9999,测试精度优于 0 .1%FS。     

单晶硅压力传感器温度漂移的补偿方法

介绍了单晶硅压力传感器温度漂移的机理,阐述了采取串并联电阻网络和有源电路分段等综合补偿方法的补偿原理.实验结果表明:在-45～85℃温区内,补偿后,热零点漂移和热灵敏度漂移从±0.5%FS/℃提高到±0.014%FS/℃.     

Silicon pressure sensor with integrated bias stabilization and temperature compensation

A piezoresistive pressure sensor for relative or differential pressure applications has been developed. The use of a 10 μm thick bossed membrane provides high sensitivity (typically 3.3 μV/V Pa) in the low-pressure range (0–60 hPa). Adaptation of sensor fabrication to a triple-diffusion bipolar process by application of an electrochemical etch-stop at a diffused n-type layer on a p-substrate allows monolithic integration of two different conditioning circuits operating with battery voltages of 12 to 20 V. Both circuits provide bias stabilization and temperature compensation for temperatures between −30 and +90°C. Thus the possibility of sensor fabrication by using standard IC technologies is demonstrated.     

高温压力传感器的温度补偿

介绍了高温压力传感器热零点漂移产生的原因以及一种抑制漂移的补偿办法 ,即利用相关材料的线膨胀系数的不同进行补偿。     

高温压力传感器温度漂移补偿研究

针对高温压力传感器耐高温和高压的测量的要求,设计了压阻式压力传感器硅杯式芯片版图,采用SIMOX(separationbyimplantedoxygen)技术SOI(silicononinsulator)晶片,在微加工平台上制作了该芯片,获得了差动等臂等应变的惠斯登检测电桥。对采用耐高温封装后的传感器的热零点漂移、热灵敏度漂移和零位输出的补偿作了研究,设计了补偿电路,推导了热灵敏度漂移补偿的计算公式,在通用型高温压力传感器的研发中证明其可行性和实用性,并总结出了经验公式。     

具有温度补偿的膜片型光纤光栅温度压力传感器

阐述了具有温度补偿结构的膜片型光纤光栅温度压力传感器。传感器以弹性膜片为感压元件,在压力作用下产生轴向位移来压缩压力敏感光栅以实现压力传感;通过结构温度补偿消除压力敏感光栅的温度漂移,同时串入感温光栅进行实时修正并实现温度测量。对传感器的压力和温度特性进行了测量。试验结果表明:压力灵敏度为528 pm/MPa,温度灵敏度为8 pm/℃。     

硅压阻式压力传感器的现场可编程自动补偿技术

为了提高硅压阻式压力传感器温度性能指标,并实现快速补偿,通过以ADμC816微处理器为核心设计了智能压力传感器,提出了传感器在宽温区下测量误差的自动补偿办法,通过对IC sensor系列压力传感器的应用,使其温度性能提高了1~2个数量级。     

压力传感器温度漂移补偿的控制电路设计

介绍了一种压力传感器的温度补偿方法,这种方法解决了压力传感器温度漂移的问题.本文详细阐述了一种实用的整体补偿电路.这种电路是一种由单片机控制,使用软件补偿的传感器测量电路.在软件上设计了一种对压力传感器非线性及温度变化所引起的误差进行补偿的软件算法[1].在一定的温度和压力范围内实现0.2%的测量精度,完全可以满足实际的需要.     

Design and FEM simulation for a novel resonant silicon MEMS gyroscope with temperature compensation function

Microsystem Technologies - A kind of resonant silicon micro-electro-mechanical systems (MEMS) gyroscope with self-temperature compensation function is designed to overcome the problem of...     

基于多频扫描的硅微谐振压力传感器测试方法

为了对硅微谐振压力传感器进行快速、高精度的开环特性测试,提出了一种基于多频扫描的频率特性测试方法.通过数字电路将多个不同频率的扫频信号叠加作为驱动信号,以实现在整个测试频带范围内高效且高精度的频率特性测试.搭建了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的多频扫描测试系统,采用4个正弦扫频信号叠加进行测试,结果表明:多频扫描测试与稳态扫描测试精度基本一致,但测试效率提高了4倍.多频扫描测试方法在保证测试精度的前提下,显著提高了测试效率,能够更好地满足高Q值传感器及其在批量生产过程中的测试需求.     

扩散硅谐振式压力传感器同频干扰的建模与消除

为简化谐振式微机械压力传感器的制备工艺,提出了一种采用扩散硅作为谐振梁的压力传感器,并采用电磁激励实现传感器的闭环控制.实验中发现:由于采用扩散硅材料,传感器受到较为严重的同频干扰影响,因此,消除传感器的同频干扰成为需要解决的一个主要问题.通过对采用扩散硅作为谐振梁的压力传感器微结构进行分析,建立了传感器主要噪声来源同频干扰的等效电路模型,据此提出一种新的不对称双端激励解决方法.实验结果表明,该方法可有效地降低传感器的同频干扰,传感器的信噪比由1.53提高至35,为传感器闭环激励和检测提供了有效的手段.     

扩散硅压力传感器的迟滞建模与智能补偿

针对扩散硅压力传感器表现出非常规非平滑的强非线性迟滞特性,利用提升空间维数的方法,提出一个结构简单的迟滞逆算子,将迟滞非线性的多值映射转换成一一映射,建立T-S模糊模型逼近的迟滞逆模型,并实现对迟滞环的智能补偿.仿真结果表明,该模型用于迟滞特性建模是有效的,并具有较高的补偿精度.     

基于集成温度传感器的硅微陀螺仪数字化温度补偿研究

提出了一种基于集成温度传感器的硅微陀螺仪数字化温度补偿方法。首先,介绍了集成温度传感器的硅微陀螺仪基本结构原理,分析了硅微陀螺仪动力学方程以及温度变化对硅微陀螺仪谐振频率、品质因数、标度因数和零偏的影响。然后,设计了基于FPGA的硅微陀螺仪数字化补偿电路。最后,经过温度特性实验得到标度因数和零偏随温度变化曲线,建立了温度补偿模型,提出分段温度补偿方法。经过温度补偿后,标度因数和零偏的温度系数分别由316.66×10-6/℃和366.22°/(h·℃)减小为69.67×10-6/℃和115.25°/(h·℃),证明了补偿方法的正确性和可行性。     

基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究

MEMS谐振式传感器具有精度高、准数字输出、抗干扰能力强等特点,高精度压力传感器、应力传感器等多采用谐振式工作原理.频率温度系数补偿是实现高精度谐振式传感器的关键技术.通过实验研究了利用重掺杂改善硅频率温度系数的技术.实验表明:P型掺杂浓度达到7 × 1019/cm3 时,〈110〉晶向频率温度系数降低到-11. 68 ×10-6/K;N型掺杂浓度达到6 ×1019/cm3 时,〈100〉晶向谐振频率是温度的二次函数,在80℃左右频率温度系数有过零点.首次实验演示了利用低功耗加热控制结合N型重掺杂,当环境温度由30℃变化到40℃时,谐振频率温度漂移仅为1. 13 ×10-7/℃.利用该技术可实现超高温度稳定性的谐振式传感器.     

Fabrication and temperature coefficient compensation technology of low cost high temperature pressure sensor

For the purposes of pressure measurement at high temperature in oil drilling industry as well as in other industrial measurement and control systems, the strain gauge chip of piezoresistive pressure sensor is designed based on separation by implanted oxygen (SIMOX) SOI (silicon on insulator) technology, and then fabricated in the micro-machining work bay. Some kinds of sensor mechanical structures are designed for different customers and conditions. The thermal coefficients of expansion (TCE) mismatches between different materials within the high-pressure sensor system are investigated. The sensor is fabricated successfully by using high temperature packaging process. The temperature coefficient of sensitivity (TCS) and temperature coefficient of offset (TCO) compensation circuitry is demonstrated. Based on experimental data, the sensor is tested with high accuracy and good stability.     

LC谐振式高温压力传感器高温下信号衰减的研究

基于LC谐振式传感器在高温下的测试随温度升高会发生信号衰减,频带变宽等现象,为了研究影响信号衰减的主要因素,借助于MATLAB软件,在理论上分析各个因素对信号衰减的影响,初步得出传感器寄生电阻是信号衰减的主要原因;最后,通过分别制作电感线圈和电容陶瓷片模型,并在500℃范围内进行测试,发现电感线圈寄生电阻值增加了6.7Ω,极板电容值增加了0.55 pF,因此得出寄生电阻是信号读取衰减的主要原因。     

A silicon resonant sensor structure for Coriolis mass-flowmeasurements

We present the first mass-flow sensor in silicon, based on the Coriolis-force principle. The sensor consists of a double-loop tube resonator structure with a size of only 9×18×1 mm. The tube structure is excited electrostatically into a resonance-bending or torsion vibration mode. A liquid mass flow passing through the tube induces a Coriolis force, resulting in a twisting angular motion phase shifted and perpendicular to the excitation. The excitation and Coriolis-induced angular motion are detected optically. The amplitude of the induced angular motion is linearly proportional to the mass flow and, thus, a measure thereof. The sensor can be used for measurement of fluid density since the resonance frequency of the sensor is a function of the fluid density. The measurements show the device to be a true mass-flow sensor with direction sensitivity and high linearity in the investigated flow range of as low as 0-0.5 g/s in either direction. A sensitivity of 2.95 (mV/V)/(g/s) and standard deviation for the measured values of 0.012 mV/V are demonstrated     

Calibration and temperature compensation of silicon pressure sensors using ion-implanted trimming resistors

A piezoresistive silicon pressure sensor with bipolar on-chip signal conditioning circuits permits offset voltage, full scale span and temperature coefficient of offset voltage and full scale span to be calibrated from a trimming ion-implanted resistors. The ion-implanted resistors with temperature coefficient of 1700 ppm/°C or 4700 ppm/°C were fabricated by the same process as that used for the base and piezoresistors. The fabricated sensor exhibits a sensitivity of 40.5 mV/kPa and temperature coefficient of 46 ppm/°C at the temperature range of −10 to 70°C.