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E+E壓力傳感器多晶硅納米膜溫度補(bǔ)償技術(shù)
多晶硅納米膜是一種具有良好壓阻特性的納米材料,基于多晶硅納米膜的E+E壓力傳感器具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、精度高、穩(wěn)定性好、易于小型化和批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。雖然納米膜的溫度特性比普通多晶硅薄膜*,但溫度還是會(huì)對(duì)此種傳感器的靈敏度及穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響,因此,溫度補(bǔ)償成為多晶硅納米膜E+E壓力傳感器研究和生產(chǎn)中的一個(gè)亟待解決的技術(shù)問題。

E+E壓力傳感器多晶硅納米膜溫度補(bǔ)償技術(shù)
傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測量和自動(dòng)化系統(tǒng)的重要技術(shù)之一,在各類傳感器中E+E壓力傳感器具有重量輕、成本低的優(yōu)點(diǎn),可廣泛用于壓力、高度、加速度、液體的流量、流速、液位、壓強(qiáng)的測量與控制等方面。但是市場上常見應(yīng)變式E+E壓力傳感器大都屬于剛性壓力測量,質(zhì)地堅(jiān)硬,且體積比較大,對(duì)被測壓力的的類型有較大的局限性。利用應(yīng)變片和聚四氟乙烯薄膜設(shè)計(jì)了一種柔性的應(yīng)變式E+E壓力傳感器,該傳感器制成的壓力測試墊質(zhì)地柔軟,并且可以根據(jù)實(shí)際需要,確定壓力測試墊的面積和傳感器的數(shù)量,具有較強(qiáng)的靈活性和可塑性,使用范圍廣闊。針對(duì)無源射頻識(shí)別(RFID)傳感器標(biāo)簽發(fā)展的需求,采用商業(yè)化互補(bǔ)金屬氧化物(CMOS)工藝,設(shè)計(jì)了一種電容式E+E壓力傳感器及其接口電路。E+E壓力傳感器采用金屬層M1作為下電極,犧牲的金屬層M2作為間隙層,通過過孔連接的金屬層M3和M4及其介質(zhì)構(gòu)成上電極。傳感器接口電路基于鎖相環(huán)原理,采用全數(shù)字結(jié)構(gòu),將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)移到頻率域處理。后期測試結(jié)果顯示,所設(shè)計(jì)的E+E壓力傳感器線性度高,溫度穩(wěn)定性好,接口電路在1V電源電壓下,只消耗了0.6m W功率,尤其適用于無源RFID標(biāo)簽的設(shè)計(jì)。在分析多晶硅納米膜E+E壓力傳感器溫度漂移原因的基礎(chǔ)上,對(duì)傳感器信號(hào)檢測方法和溫度補(bǔ)償算法進(jìn)行研究,并對(duì)溫度補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、制作與實(shí)際測試。為檢測傳感器信號(hào),在對(duì)傳感器信號(hào)測量原理分析的基礎(chǔ)上,對(duì)傳感器激勵(lì)電路、信號(hào)放大電路進(jìn)行設(shè)計(jì),并采用濾波電路和電路抗干擾措施來消除外部電磁干擾。為優(yōu)化溫度補(bǔ)償算法,根據(jù)E+E壓力傳感器標(biāo)定得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),利用MATLAB對(duì)二元回歸法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的補(bǔ)償效果進(jìn)行仿真,比較二者優(yōu)缺點(diǎn)之后,確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法作為溫度補(bǔ)償算法。在驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)方面,在分析數(shù)字化造成的量化誤差的基礎(chǔ)上,基于過采樣原理確定系統(tǒng)采樣頻率,并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的數(shù)字濾波算法。為了方便傳感器性能參數(shù)的分析,提高系統(tǒng)的靈活性,所研究的系統(tǒng)還具有存儲(chǔ)、通訊及顯示功能。

E+E壓力傳感器多晶硅納米膜溫度補(bǔ)償技術(shù)
實(shí)驗(yàn)證明,經(jīng)溫度補(bǔ)償后,環(huán)境溫度從-30℃到70℃變化時(shí),E+E壓力傳感器zui大靈敏度溫漂系數(shù)從補(bǔ)償前的0.13%下降到0.0028%,zui大零點(diǎn)溫漂系數(shù)從補(bǔ)償前的0.44%/℃下降到0.0052%/℃。因此,本系統(tǒng)能明顯提高E+E壓力傳感器的溫度穩(wěn)定性。