国产91免费_国产精品电影一区_日本s色大片在线观看_中文在线免费看视频

您現在的位置: 通信界 >> 測試儀表 >> 技術正文  
 
基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器[圖]
[ 通信界 / 佚名 / www.6611o.com / 2012/2/14 8:25:29 ]
 

摘要:高溫壓力傳感器應用在很多領域,由于高溫將使放大電路工作失效,因而采用將放大電路與傳感器件分離的設計方案是解決高溫測量的方法之一。介紹一種將放大電路與傳感器件分離的基于模型識別技術的微型電容式壓力傳感器。傳感器件由MEMS工藝來實現,信號激勵與信號處理由計算機來完成。對電路的工作過程進行了計算機仿真和試驗,并給出了微型高溫壓力傳感器的MEMS工藝設計流程。

0 引言

壓力傳感器是使用最為廣泛的一種傳感器。傳統的壓力傳感器以機械結構型的器件為主,以彈性元件的形變指示壓力,但這種結構尺寸大、質量輕,不能提供電學輸出。隨著半導體技術的發展,半導體壓力傳感器也應運而生。其特點是體積小、質量輕、準確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS技術的發展,半導體傳感器向著微型化發展,而且其功耗小、可靠性高。

高溫壓力傳感器是為了解決在高溫環境下對各種氣體、液體的壓力進行測量。主要用于測量鍋爐、管道、高溫反應容器內的壓力、井下壓力和各種發動機腔體內的壓力、高溫油品液位與檢測、油井測壓等領域。目前,研究比較多的高溫壓力傳感器主要有SOS,SOI,SiO2,Poly2Si等半導體傳感器,還有濺射合金薄膜高溫壓力傳感器、高溫光纖壓力傳感器和高溫電容式壓力傳感器等。半導體電容式壓力傳感器相比壓阻式壓力傳感器其靈敏度高、溫度穩定性好、功耗小,且只對壓力敏感,對應力不敏感,因此,電容式壓力傳感器在許多領域得到廣泛應用。

1 器件的基本組成及制作工藝

硅電容式壓力傳感器的敏感元件是半導體薄膜,它可以由單晶硅、多晶硅等利用半導體工藝制作而成。典型的電容式傳感器由上下電極、絕緣體和襯底構成。當薄膜受壓力作用時,薄膜會發生一定的變形,因此,上下電極之間的距離發生一定的變化,從而使電容發生變化。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關系是非線性關系,因此,要用具有補償功能的測量電路對輸出電容進行非線性補償。由于高溫壓力傳感器工作在高溫環境下,補償電路會受到環境溫度的影響,從而產生較大的誤差。基于模型識別的高溫壓力傳感器,正是為了避免補償電路在高溫環境下工作產生較大誤差而設計的,其設計方案是把傳感器件與放大電路分離,通過模型識別來得到所測環境的壓力。高溫工作區溫度可達350℃。傳感器件由鉑電阻和電容式壓力傳感器構成。其MEMS工藝如下:

高溫壓力傳感器由硅膜片、襯底、下電極和絕緣層構成。其中下電極位于厚支撐的襯底上。電極上蒸鍍一層絕緣層。硅膜片則是利用各向異性腐蝕技術,在一片硅片上從正反面腐蝕形成的。上下電極的間隙由硅片的腐蝕深度決定。硅膜片和襯底利用鍵合技術鍵合在一起,形成具有一定穩定性的硅膜片電容壓力傳感器[2]。由于鉑電阻耐高溫,且對溫度敏感,選用鉑電阻,既可以當普通電阻使用,又可以作為溫度傳感器用以探測被測環境的溫度。金屬鉑電阻和硅膜片的參數為:0℃時鉑電阻值為1000Ω;電阻率為1.0526316×10 -5Ω·cm;密度為21440kg/m3;比熱為132.51J/(kg·K)、熔斷溫度為1769℃,故鉑電阻可加工為寬度為0.02mm;厚度為0.2μm;總長度為3800μm,制作成鋸齒狀,可在幅值為10V的階躍信號下正常工作。電容式壓力傳感器的上下電極的間隙為3μm、圓形平板電容上下電極的半徑為73μm、其電容值為50pF。具體工藝流程圖如圖1所示。

基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器

2 基于識別技術的模型及其仿真

對于一個系統,其方程式為

UO(s) = G(s)Ui(s),

其中UO(s)和Ui(s)分別為輸出和輸入信號,當輸出、輸入信號及系統的階數已知,可以通過計算機按一定的準則來識別G(s)的模型參數,為模型識別。本文主要闡述應用模型識別的方法來確定處于高溫環境下的電容式壓力傳感器的電容值。

2.1 電路模型

基本電路是由一個金屬鉑電阻和一個電阻式高溫壓力傳感器構成(如圖2)。

基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器

金屬鉑電阻對溫度變化敏感,若選用零度時電阻值為1000Ω、溫度系數為3851×10 -6/℃的鉑電阻,其溫度變化范圍從-50~350℃時,相應的電阻從803.07~2296.73Ω。由電阻的變化可測得環境的溫度。壓力傳感器在不同壓力下有不同的電容值,因此,在同一溫度下,輸入同一交流電壓信號時,其輸出信號不同。

2.2 系統在時域范圍的算法

圖2電路所示的一階系統的傳遞函數為

基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器

式中UO為輸出信號;Ui為輸入信號;R為電阻;C為電容;t為時間。

利用MATLAB繪制單位階躍響應曲線如圖3。

基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器

從圖3中可看出,該系統穩定、無振動。響應曲線的斜率為基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器

對式(2)進行變換得

基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器

從式(3)得,以lg[1 - UO(t)]為縱坐標,t為橫坐標,可得出通過原點直線,從直線的斜率可求得常數RC的值,已知R則可得出C,從而得出壓力。

2.3 模型識別

基于上述思想,若已知輸入、輸出信號,可通過曲線擬合及線性回歸法得出RC。對式(3)進行擬合,在擬合過程中,加入一定的白噪聲。若R=1000Ω,電容C=50pF,則擬合曲線如圖4所示。

基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器

擬合參數最大時為5.037×10 -8,最大相對誤差為0.78%。當溫度變化時,金屬鉑電阻值發生變化,在不同的溫度下擬合的電容值和溫度的關系如表1所示(加入1%的白噪聲) 。

基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器

從表1可見,擬合的電容誤差小于1%。由此可見,在不同的時刻測得UO(t),通過曲線擬合得出參數RC。再給電路加小信號直流電源,測出R值,即求得C,通過C值則可知被測環境的壓力。圖5為350℃時,不同的壓力所對應的電容的理論值和實驗值,從實驗數據(表2)可得,在測壓的過程中,利用模型識別的方法,誤差較小,其測壓誤差小于2%。

基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器

基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器

3 結束語

基于模型識別技術的高溫微型壓力傳感器電路簡單、工藝成本較低、體積小、可批量生產、準確度高。該傳感器避免了電阻式高溫壓力傳感器的自補償電路在高溫環境下工作時熱靈敏度漂移引起的誤差,也避免了其它電容式高溫壓力傳感器非線性補償電路在高溫環境下工作。該傳感器適合在各種高溫環境下測量氣體或液體的壓力。

 

作者:佚名 合作媒體:不詳 編輯:顧北

 

 

 
 熱點技術
普通技術 “5G”,真的來了!牛在哪里?
普通技術 5G,是偽命題嗎?
普通技術 云視頻會議關鍵技術淺析
普通技術 運營商語音能力開放集中管理方案分析
普通技術 5G網絡商用需要“無憂”心
普通技術 面向5G應運而生的邊緣計算
普通技術 簡析5G時代四大關鍵趨勢
普通技術 國家網信辦就《數據安全管理辦法》公開征求意見
普通技術 《車聯網(智能網聯汽車)直連通信使用5905-5925MHz頻段管理規定(
普通技術 中興通訊混合云解決方案,滿足5G多元業務需求
普通技術 大規模MIMO將帶來更多無線信道,但也使無線信道易受攻擊
普通技術 蜂窩車聯網的標準及關鍵技術及網絡架構的研究
普通技術 4G與5G融合組網及互操作技術研究
普通技術 5G中CU-DU架構、設備實現及應用探討
普通技術 無源光網絡承載5G前傳信號可行性的研究概述
普通技術 面向5G中傳和回傳網絡承載解決方案
普通技術 數據中心布線系統可靠性探討
普通技術 家庭互聯網終端價值研究
普通技術 鎏信科技CEO劉舟:從連接層構建IoT云生態,聚焦CMP是關鍵
普通技術 SCEF引入需求分析及部署應用
  版權與免責聲明: ① 凡本網注明“合作媒體:通信界”的所有作品,版權均屬于通信界,未經本網授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用。已經本網授權使用作品的,應在授權范圍內使用,并注明“來源:通信界”。違反上述聲明者,本網將追究其相關法律責任。 ② 凡本網注明“合作媒體:XXX(非通信界)”的作品,均轉載自其它媒體,轉載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。 ③ 如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的,請在一月內進行。
通信視界
華為余承東:Mate30總體銷量將會超過兩千萬部
趙隨意:媒體融合需積極求變
普通對話 苗圩:建設新一代信息基礎設施 加快制造業數字
普通對話 華為余承東:Mate30總體銷量將會超過兩千萬部
普通對話 趙隨意:媒體融合需積極求變
普通對話 韋樂平:5G給光纖、光模塊、WDM光器件帶來新機
普通對話 安筱鵬:工業互聯網——通向知識分工2.0之路
普通對話 庫克:蘋果不是壟斷者
普通對話 華為何剛:挑戰越大,成就越大
普通對話 華為董事長梁華:盡管遇到外部壓力,5G在商業
普通對話 網易董事局主席丁磊:中國正在引領全球消費趨
普通對話 李彥宏:無人乘用車時代即將到來 智能交通前景
普通對話 中國聯通研究院院長張云勇:雙輪驅動下,工業
普通對話 “段子手”楊元慶:人工智能金句頻出,他能否
普通對話 高通任命克里斯蒂安諾·阿蒙為公司總裁
普通對話 保利威視謝曉昉:深耕視頻技術 助力在線教育
普通對話 九州云副總裁李開:幫助客戶構建自己的云平臺
通信前瞻
楊元慶:中國制造高質量發展的未來是智能制造
對話亞信科技CTO歐陽曄博士:甘為橋梁,攜"電
普通對話 楊元慶:中國制造高質量發展的未來是智能制造
普通對話 對話亞信科技CTO歐陽曄博士:甘為橋梁,攜"電
普通對話 對話倪光南:“中國芯”突圍要發揮綜合優勢
普通對話 黃宇紅:5G給運營商帶來新價值
普通對話 雷軍:小米所有OLED屏幕手機均已支持息屏顯示
普通對話 馬云:我挑戰失敗心服口服,他們才是雙11背后
普通對話 2018年大數據產業發展試點示范項目名單出爐 2
普通對話 陳志剛:提速又降費,中國移動的兩面精彩
普通對話 專訪華為終端何剛:第三代nova已成為爭奪全球
普通對話 中國普天陶雄強:物聯網等新經濟是最大機遇
普通對話 人人車李。航衲臧l力金融 拓展汽車后市場
普通對話 華為萬飚:三代出貴族,PC產品已走在正確道路
普通對話 共享退潮單車入冬 智享單車卻走向盈利
普通對話 Achronix發布新品單元塊 推動eFPGA升級
普通對話 金柚網COO邱燕:天吳系統2.0真正形成了社保管