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基于微机械电子系统硅压力传感器智能化温度补偿设计

作　者: 胡园园
导　师: 李淮江
学　校: 淮北师范大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 压力传感器微机械电子系统技术温度补偿智能化
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

摘要:传感器技术是以获取信息和变换为主,是人类获取外界信息的主要手段,为人类高新技术的发展提供了重要的依据。压力传感器利用的是半导体的压阻效应,通过微机械加工技术制作而成。凭借体积小,灵敏度高,便于批量生产等优点获得广泛应用。但由于半导体材料固有的特性以及微加工工艺的因素,使得压力传感器易受温度的影响,产生温度漂移现象。这将导致测量不准确等缺点,严重影响了传感器在精度要求较高的领域中的应用。针对压力传感器温度漂移现象,目前温度补偿常用的方法主要分为两大类:硬件补偿和软件补偿。硬件补偿即利用固定电阻、热敏电阻等与压敏电阻或桥路进行串并联实现温度补偿。软件补偿即利用微处理器实现智能化的补偿,微处理器作为核心器件,根据设计要求选择合适的模数转换器,进行电路设计,并且选择合适的算法来实现温度补偿。这种方法主要根据采集的数据利用程序来实现,具有易于修改、补偿精度高等优点。本论文提出了压力传感器智能化温度补偿设计,选择单片机ATmega16,模数转换器CS5532,数字式温度传感器DS18B20,整个电路均选择低温度漂移器件,避免温度变化引入额外的电压变化,在进行温度补偿时算法选用二次曲面法,将温度和压力两个变量作为引起输出变化的因素。实验结果表明压力传感器的温度漂移现象得到了很好的改善,使压力传感器的零点和灵敏度温度漂移系数降低了1-2个数量级,并且实现了较高的测量精确度,提高了压力传感器的性能,满足较高的应用要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-22
  1.1 压力传感器发展情况  9-11
  1.2 硅压力传感器定义与原理  11-13
    1.2.1 压力传感器的定义与组成  11
    1.2.2 压力传感器的原理  11-13
  1.3 压力传感器的结构  13-14
  1.4 微压力传感器工艺  14-22
    1.4.1 硅衬底的处理  14
    1.4.2 制备二氧化硅掩膜  14-15
    1.4.3 压力传感器压敏电阻的制备  15-19
    1.4.4 压力传感器硅腔的制备  19-21
    1.4.5 压力传感器的封装  21-22
第二章压力传感器的温度漂移  22-33
  2.1 温度漂移产生的原因  22-24
    2.1.1 零点温度漂移  22-23
    2.1.2 灵敏度温度漂移  23-24
  2.2 常见的温度补偿方法  24-33
    2.2.1 常见的硬件补偿方法  24-27
    2.2.2 软件补偿  27-33
第三章压力传感器温度补偿的智能化设计  33-51
  3.1 设计要求及误差来源  33-34
    3.1.1 设计要求  33
    3.1.2 误差来源及分析  33-34
  3.2 智能压力传感器的电路结构  34-43
    3.2.1 温度传感器DS18B20  35-36
    3.2.2 A/D 转换部分  36-39
    3.2.3 微处理器ATmega16  39-42
    3.2.4 通信单元  42-43
  3.3 软件设计  43-47
    3.3.1 二次曲面法  43-45
    3.3.2 程序流程图  45
    3.3.3 程序开发环境  45-47
  3.4 MATLAB 在智能压力传感器设计中的应用  47-49
    3.4.1 二次曲线的计算  47
    3.4.2 矩阵的计算  47-48
    3.4.3 实验数据绘制成图形  48-49
  3.5 实验设备及现场环境  49-51
    3.5.1 实验设备  49
    3.5.2 现场环境  49-51
第四章实验数据及分析  51-56
  4.1 压力传感器的特性指标  51-52
  4.2 实验数据  52-56
    4.2.1 测试数据  52
    4.2.2 补偿前后曲线图  52-56
第五章总结及展望  56-57
参考文献  57-62
攻读硕士学位期间出版或发表的论文及成果  62-63
致谢  63

基于微机械电子系统硅压力传感器智能化温度补偿设计

内容摘要

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