高精度硅压阻式气压传感器系统设计

为了消除环境温度对硅压阻式传感器输出的影响,大幅提升硅压阻式传感器的测量精度,将传感器芯片与热源和测温原件封装在一起,通过控制加热的方式使传感器工作在恒定50℃的环境中,对传感器进行线性标定和测试.结果显示:在-45～45℃环境下,600～1 100 hPa量程内气压传感器的测量误差小于0.3 hPa.     

压阻式微机械陀螺接口电路的数学原理

压阻式微机械陀螺是MEMS研究的重要方向之一,有效的接口电路是发挥陀螺性能的重要保证。用数学方法完整地推导了陀螺驱动和信号检测的内在机理,并据此设计了一种简单的压阻式陀螺接口电路。接口电路的最小分辨力为0.33°/s。测量结果证明了数学推导的正确性。     

基于阵列测量与数据融合的高精度硅压阻式气压变送器的研制

气压是评价大气环境变化的关键性参数。为提高传统硅压阻式气压测量系统的精度,研究并实现了一种基于MEMS气压传感器阵列式测量和粒子群优化（PSO）反向传播（BP）神经网络数据融合处理的高精度数字气压变送器,给出了相应的硬件结构和软件设计,并通过STM32平台对μC/OS-II与μC/GUI进行了整合移植和显示优化。结合实验测量数据,从非线性误差、迟滞误差、重复性误差及其整体精度等方面对PSO-BP神经网络算法在硅压阻式气压测量系统中应用的性能进行了研究————————————与分析。研究结果表明,在-20℃~60℃的温度范围内,本文研制的低成本嵌入式硅压阻气压变送器的整体测量精度约为±0.095%FS,基本满足大气探测应用的要求。     

高精度硅压阻式气压计设计

针对硅压阻式气压传感器因温漂、离散性大而使其应用受限的问题,设计了一种高精度硅压阻式数字气压计。该气压计采用全温度范围的曲面拟合算法进行温度补偿和线性化处理,解决了硅压阻式气压传感器的温漂和非线性问题;在ATmega88PA微控制器内采用软件实现压力数据的温度补偿,并通过RS485接口将数据发送给上位机。测试结果表明,在-40～+60℃范围内,该气压计测量误差在0.50‰以内,满足设计要求。     

三轴压阻式传感器横向效应的研究

研究了霍普金斯杆冲击方法和自由落体冲击方法检测高量程微机械三轴压阻式传感器的横向效应,即分别在x轴、y轴的正向或负向作主轴时,检测三轴压阻式传感器其他2个方向感受到的g值大小和方向。依据结构设计分析应该没有横向效应,然而,在实验的测量中都得出大的横向效应,尤其是在z轴作为横向输出轴时得到较大的横向效应,而x,y轴作为横向输出轴时横向效应相对较小。试验结果表明：一定的主轴输出脉冲方向确定一定的横向输出轴的脉冲方向。     

压阻式压力传感器输出特性的补偿

在某型无人机高度传感器性能检测设备中,为解决压力的测量问题,设计了一种用于压阻式压力传感器(PRT)的信号调理电路,实现了对PRT传感器的零点输出、热零点漂移、满量程输出、热灵敏度漂移和满量程输出非线性等的高准确度校准和补偿。电路摒弃了以往传统的误差补偿形式,采用了一款新型信号调理芯片MAX1457,提出了软件补偿的方法,建立了误差校准补偿参数表,经过校准补偿传感器输出误差控制在了0.110%～0.158%。     

量程可调的气压测试系统设计

在各种测量系统中,根据测量的预估值,选择不同的量程,测量的误差是不同的。设计了一种量程可调的气压测试系统,系统量程可根据测量预估值简单地进行调节,使得误差减到最小,测量精度得到提高。系统量程调节调理电路,采用了差分输入、同相放大、加法电路,其输出为0~5 V或4~20 mA标准信号,通过对信号调理电路中电位器阻值的调整,使得电压信号输出的输入范围为0~83.3 mV,电流信号输出的输入范围为0~117.1 mV。系统量程可以在此输入范围内任意改变大小,实验验证,根据测试的预估值,改变量程上限值,提高了气压测试系统的测量精度。     

压阻式高压力传感器设计与研制

<正> 硅单晶的压阻效应及有关的工艺技术应用于压力传感器的制造,使压阻式压力传感器以其精度高、动态特性好、灵敏度高、可靠性好、尺寸小、价格低等一系列优点、逐步占据了中、低量程压力测量传感器市场的支配地位。然而,由于设计与制作上的某些原因,高压和超高压领域仍然是应变式和压电式传感器的天下。本     

一种单片集成电容式压力传感器的设计、制造和测试

提出了一种新型电容式压力传感器.在外加压力下,该传感器的极板面积、间距以及介质层介电常数均发生改变,并导致电容发生变化.同时介绍了接口电路的设计,该电路基于电容-频率转换原理.该传感器结构简单,实现了与CMOS接口电路集成.传感器采用标准CMOS工艺与后处理工艺相结合的方式制造.结果表明,在800 hPa到1 100 hPa的压力范围,传感器灵敏度约为44 fF/hPa,接口电路的分辨率为3.77 Hz/hPa.     

气压传感器信号采集与非线性校正

利用电激励谐振筒式气压传感器测量气压,电激励谐振筒式气压传感器输出信号的频率与气压呈非线性关系,且与环境温度有关。通过对信号进行分频准确测量出信号的周期和频率,A/D转换测量环境温度进行温度补偿,用曲线拟合法准确计算出气压,气压测量的范围为450~1 100 hPa,测量误差小于0.3 hPa。     

CMOS integrated elliptic diaphragm capacitive pressure sensor in SiGe MEMS

A novel CMOS integrated Micro-Electro-Mechanical capacitive pressure sensor in SiGe MEMS (Silicon Germanium Micro-Electro-Mechanical System) process is designed and analyzed. Excellent mechanical stress–strain behavior of Polycrystalline Silicon Germanium (Poly-SiGe) is utilized effectively in this MEMS design to characterize the structure of the pressure sensor diaphragm element. The edge clamped elliptic structured diaphragm uses semi-major axis clamp springs to yield high sensitivity, wide dynamic range and good linearity. Integrated on-chip signal conditioning circuit in 0.18 μm TSMC CMOS process (forming the host substrate base for the SiGe MEMS) is also implemented to achieve a high overall gain of 102 dB for the MEMS sensor. A high sensitivity of 0.17 mV/hPa (@1.4 V supply), with a non linearity of around 1 % is achieved for the full scale range of applied pressure load. The diaphragm with a wide dynamic range of 100–1,000 hPa stacked on top of the CMOS circuitry, effectively reduces the combined sensor and conditioning implementation area of the intelligent sensor chip.     

Quartz rate gyro sensor for automotive control

A new quartz rate gyro sensor has been developed for automotive controls. The principle of the sensor is detection of the Coriolis force with a vibrator. An H shape vibrator supported with a stem at its center was used. The vibrator supported at the center was good for the isolation of a small detection motion from a large excitation motion. A new mechanical coupling model and the FEM analysis were used to reduce output offset of the sensor. The detection range of the sensor is from −100 to 100°/s. The sensor output offset is small within ±1°/s in the wide temperature range from −30 to 85 °C. The developed quartz rate sensor satisfied required specifications and wide temperature stability.     

Development of a MEMS-based barometric pressure sensor for micro air vehicle (MAV) altitude measurement

A pressure sensor can be used for altimetry as pressure varies with altitude. In this work, a MEMS-based bulk-micromachined piezoresistive pressure sensor is developed for micro air vehicle (MAV) application. The sensor chip has meander shaped diffused piezoresistors, placed at optimum locations determined using FEM simulations for enhancing sensitivity. Post process wet bulk micromachining is carried out to realize the sensor diaphragm, while protecting the processed wafer side. Excellent sensitivity, non-linearity and hysteresis of 34.78 mV/bar, < 0.12% and < 0.2%, respectively is obtained from static characterization of optimum sensor chip. For the operating altitude range of the MAV, the variation of output voltage of pressure sensor module (obtained by integrating the sensor chip with circuitry) with altitude is characterized inside a test chamber.

     

压电传感器信号调理及输出芯片设计

为了提高压电传感器测量系统的集成度,采用1μm高压双极—互补金属氧化物半导体—双重扩散金属氧化物半导体(BCD)工艺,设计了一种适用于压电传感器的信号调理及输出芯片.集成了电压放大型阻抗变换电路、可调增益放大电路、二线制电流输出电路.仿真结果表明:芯片具有输入阻抗高,单位增益带宽大,总增益可调范围广等特点,在12~24 V宽供电范围下可正常工作,耗电仅为3.1 mA.     

基于BP神经网络温度补偿的压力传感器无线数据采集系统

介绍了一种多路智能压力传感器数据采集电路的设计方法,采用BP神经网络算法对其实现温度的软件补偿。该算法有效改善了传感器的非线性及温度变化所引起的输出的误差,提高了测量精确性和可靠性。通过无线收发模块PTR2000实现了数据的无线传输。该系统可以在一些特殊的场所实现信号的采集、处理和发送、接收,并具有成本低、可靠性好、实用性强等优点。     

基于恒温谐波检测双回路瓦斯浓度仪研究

针对传统气体传感器检测范围窄、易中毒、使用寿命短等缺陷,提出基于恒温谐波检测的双回路瓦斯浓度检测系统。通过ATMEGA16实现低浓度的电化学检测电路切换高浓度的红外吸收检测电路,恒温惠斯通电阻电桥检测电路可减少温度场对传感器性能影响;应用谐波检测原理消除红外光路干扰,稳定光源的输出功率,提高灵敏度。利用拉格朗日插值定理进行温度补偿,可消除温度漂移带来的瓦斯浓度二值性问题,并能在5.3%瓦斯浓度处实现高精度的瓦斯爆炸预警。实验结果表明：双回路检测仪具有高灵敏度、测量范围广、精度高等特点,可应用在突出灾害时瓦斯大量涌出检测中。     

谐振式MEMS磁传感器接口电路设计

介绍了一种谐振式微系统（MEMS）磁传感器的接口电路,电路由驱动电路和信号检测处理电路组成。驱动电路采用直接数字频率合成器（DDS）产生磁传感器驱动信号,同时为检测电路提供同步信号;信号检测处理电路对磁传感器输出信号和 DDS 产生的同步信号进行同步解调,最终得到所需的磁场信号。最后对电路的性能和测试结果进行分析和总结。