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硅压阻式压力传感器测量误差在线补偿方法研究

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仪器仪表学报 2020年第6期41卷 59-65页

作者：闫文吉陈红亮陈洪敏王力董静中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500 四川天利科技有限责任公司绵阳621010

由于硅压阻式压力传感器的测量精度易受温漂和非线性等因素影响,而现有测量误差数字补偿方法实时性不高,因此提出了一种基于二元插值算法的异频分步在线补偿方法。首先采用三次样条插值算法对传感器输出电压和工作温度插值,抑制温漂;然... 详细信息

由于硅压阻式压力传感器的测量精度易受温漂和非线性等因素影响,而现有测量误差数字补偿方法实时性不高,因此提出了一种基于二元插值算法的异频分步在线补偿方法。首先采用三次样条插值算法对传感器输出电压和工作温度插值,抑制温漂;然后利用拉格朗日插值算法对压力和电压进行分段插值,减小非线性误差;同时降低温度的插值频率以减少每个压力插值周期内计算量,克服了传统的插值补偿方法将两个变量在一个插值周期内计算时间长的缺点。通过传感器标定和误差补偿实验验证了该方法的补偿精度在0~60℃的温度范围内满足±0.05%FS的误差要求,并且在设计的采集系统上实现1 kHz的数据输出速率。实验结果表明该方法可以有效地提高硅压阻式压力传感器的测量精度,且具有较高的实时性,能够实现误差在线补偿。在航空发动机试验的气体压力测量中具有一定的工程应用价值。

关键词：硅压阻式压力传感器测量误差异频分步补偿在线补偿二元插值

硅压阻式压力传感器宽温补偿方法研究及系统设计

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硅压阻式压力传感器宽温补偿方法研究及系统设计

作者：单宝琛中北大学

学位级别：硕士

硅压阻式压力传感器作为压力信息采集使用最广泛的器件,极易受温度变化的影响从而导致测试准确度降低。目前常用的温度补偿方式只能在较小温度范围内减小温度漂移的影响,如何在宽温范围下对硅压阻式压力传感器实现有效的温度补偿至今仍... 详细信息

硅压阻式压力传感器作为压力信息采集使用最广泛的器件,极易受温度变化的影响从而导致测试准确度降低。目前常用的温度补偿方式只能在较小温度范围内减小温度漂移的影响,如何在宽温范围下对硅压阻式压力传感器实现有效的温度补偿至今仍是一大难题。本文针对该问题,使用Comsol仿真软件对传感器结构和温度作用机理进行了仿真分析。分别从膜片尺寸构造、压敏电阻器掺杂浓度、工作时的焦耳热分布和热膨胀以及压阻效应的温度特性等方面研究了温度对压阻式压力传感器输出的影响。在仿真结果的基础上,剖析了目前常用温度补偿方法的作用机理以及在宽温补偿下各自的优劣性,同时提出了一种新的以PGA309智能信号调理器为核心的宽温补偿方案,并对其在宽温范围下实现温度补偿的可行性进行了分析。为了提高测试的灵活性和便利性,本文对所定宽温补偿方案提出了封装式、半分离式和全分离式三种设计结构,并对三者的应用条件进行研究分析,使用Altium Designer、Solid Works相关软件分别进行了结构模型设计、电路版图设计和机械封装设计,并以此完成了实物设计;同时利用Lab Windows/CVI设计了相配套的采集控制系统。根据所搭建的实验平台,通过实验分别对不同传感器在不同补偿方式下的结果进行了验证分析,结果表明:压阻式压力传感器在补偿前,输出零点和灵敏度发生了不同程度的漂移,这与之前仿真结果和理论相吻合;在宽温范围下,传统的温度补偿方式补偿的效果并不理想,补偿后的最大温度误差仅由补偿前的8%降低为3.4%;而经软件算法补偿后的误差减少至0.11%,精度虽高但实时性很差;经过设计的基于PGA309的全分离式温度补偿系统补偿后,最大温漂误降低为0.28%,既保证了测试的实时性,又将测试准确度提高了一个数量级,系统的整体性能达到设计要求。

关键词：硅压阻式压力传感器宽温范围智能信号调理器 PGA309 温度补偿系统

硅压阻式压力传感器误差修正算法的FPGA实现

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传感器与微系统 2017年第2期36卷 101-103,106页

作者：华振宇徐大诚苏州大学微纳传感器研究中心江苏苏州215100

针对现场可编程门阵列(FPGA)的输入输出(I/O)资源丰富、并行执行特点对设计大规模硅压阻式压力传感器补偿系统以及提高其补偿效率有一定的意义,提出了一种FPGA补偿系统设计方案并对传感器输入输出存在的非线性误差,设计了32位单精度浮... 详细信息

针对现场可编程门阵列(FPGA)的输入输出(I/O)资源丰富、并行执行特点对设计大规模硅压阻式压力传感器补偿系统以及提高其补偿效率有一定的意义,提出了一种FPGA补偿系统设计方案并对传感器输入输出存在的非线性误差,设计了32位单精度浮点运算单元实现曲线拟合法中的多项式拟合算法,使用Verilog语言在Xilinx ISE中实现FPGA的逻辑设计、仿真和综合。结果证明:设计的可在FPGA中综合实现的多项式拟合算法效果显著,可以对非线性系统进行校正,有较高的应用价值。

关键词：硅压阻式压力传感器非线性校正现场可编程门阵列曲线拟合

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面向硅压阻式压力传感器温度补偿的组合方法

航空动力学报 2021年第6期36卷 1188-1196页

作者：潘慕绚刘杨琳李瑜南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 中国航空发动机集团有限公司控制系统研究所江苏无锡214063

提出一种面向硅压阻式压力传感器温度补偿的组合方法,采用拟合法建立不同温度下压力传感器变换函数,采用基于变换函数系数的线性插值法获得温度补偿后传感器变换函数,设计了压力传感器信号处理模块,开展了基于组合补偿方法的压力信号补... 详细信息

提出一种面向硅压阻式压力传感器温度补偿的组合方法,采用拟合法建立不同温度下压力传感器变换函数,采用基于变换函数系数的线性插值法获得温度补偿后传感器变换函数,设计了压力传感器信号处理模块,开展了基于组合补偿方法的压力信号补偿过程仿真,结果表明经温度补偿后,压力测量精度在0.1%以内,温度补偿过程耗时约10μs,补偿算法占用片上资源少,能够满足压气机出口压力测量要求。

关键词：航空发动机压气机硅压阻式压力传感器温度补偿拟合法线性插值法

硅压阻式压力传感器在桩土接触面受力测试的探究

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工程勘察 2017年第10期45卷 6-12页

作者：牟洋洋张明义白晓宇高强王建刚青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心山东青岛266033 中建八局第四建设有限公司山东青岛266071

近些年,随着众多学者对桩土相互作用的研究和认识逐渐深入,关于桩土接触面的受力特性的研究成为热点。但在预制桩贯入过程、休止期及静载荷试验中桩土界面受力状态如何能够被准确测试一直是研究的难点。硅压阻式压力传感器是一种智能化... 详细信息

近些年,随着众多学者对桩土相互作用的研究和认识逐渐深入,关于桩土接触面的受力特性的研究成为热点。但在预制桩贯入过程、休止期及静载荷试验中桩土界面受力状态如何能够被准确测试一直是研究的难点。硅压阻式压力传感器是一种智能化测试元件,并且因其优良的测试特性而被应用于土与混凝土结构物的接触问题中。本文通过详细阐述硅压阻式压力传感器的结构组成、测试原理以及其在试验中的应用和试验结果的分析,论证了其被应用于预制桩贯入过程、休止期及静载荷试验中判断测试桩桩土界面力学机制的可行性,并为硅压阻式压力传感器测试技术应用于岩土工程其他相关领域开辟了一条新路径。

关键词：静压桩硅压阻式压力传感器桩土接触面受力测试

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硅压阻式压力传感器温度性能的改善

西安交通大学学报 1982年第4期 58-63页

作者：刘君华丁胜群西安交通大学动力工程二系

硅压阻式压力传感器产品分为提供温度补偿与不提供温度补偿两种.本文从使用者的角度针对国产桥路封闭式GYC型传感器提出几种改善温度性能的方法,可以使传感器的零位温度系数与灵敏度温度系数方便地达到10-5/℃数量级.这些方法同样适用... 详细信息

硅压阻式压力传感器产品分为提供温度补偿与不提供温度补偿两种.本文从使用者的角度针对国产桥路封闭式GYC型传感器提出几种改善温度性能的方法,可以使传感器的零位温度系数与灵敏度温度系数方便地达到10-5/℃数量级.这些方法同样适用于不提供温度补偿、桥路不封闭的其他型号传感器.

关键词：硅压阻式压力传感器温度性能正温度系数零位输出桥臂电阻温度补偿温度校正压阻系数硅膜片

硅压阻式压力传感器的高精度补偿算法及其实现

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自动化仪表 2018年第6期39卷 49-53页

作者：聂绍忠重庆四联测控技术有限公司重庆401121

硅压阻式压力传感器广泛应用于汽车、医疗、航空航天、环保等领域。随着科学技术的发展,各领域对压力测量精度的要求越来越高。但由于半导体材料的固有特性,硅压阻式压力传感器普遍存在零点随温度漂移、灵敏度随温度变化和非线性等问题... 详细信息

硅压阻式压力传感器广泛应用于汽车、医疗、航空航天、环保等领域。随着科学技术的发展,各领域对压力测量精度的要求越来越高。但由于半导体材料的固有特性,硅压阻式压力传感器普遍存在零点随温度漂移、灵敏度随温度变化和非线性等问题。为了提高硅压阻式压力传感器测量精度、降低输出误差,对该传感器的几种常用补偿算法进行了对比分析和研究,提出了一种基于最小二乘法的曲面拟合高精度补偿算法。该补偿算法能有效消除硅压阻式压力传感器零点漂移、灵敏度漂移和非线性误差,提高该传感器的输出精度。试验结果表明,在-40^+80℃温度范围内,硅压阻式压力传感器经该补偿算法计算后,测量精度得以大幅度提高,输出误差小于0.01%F·S。

关键词：硅压阻式压力传感器零点漂移灵敏度漂移非线性曲面拟合补偿算法

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硅压阻式压力传感器温度补偿建模与算法研究

微纳电子技术 2007年第7期44卷 48-50页

作者：孙凤玲于海超王金文方建雷杨永刚中国电子科技集团公司第四十九研究所哈尔滨150001

微电子技术的发展促进了硅传感器的加工工艺水平的提高,使硅传感器获得良好的一致性、稳定性和可靠性,而半导体的温度特性使硅压力传感器的零点和灵敏度随温度而发生漂移。针对硅压阻式压力传感器这一"弱点",介绍一种基于压力芯片的惠... 详细信息

微电子技术的发展促进了硅传感器的加工工艺水平的提高,使硅传感器获得良好的一致性、稳定性和可靠性,而半导体的温度特性使硅压力传感器的零点和灵敏度随温度而发生漂移。针对硅压阻式压力传感器这一"弱点",介绍一种基于压力芯片的惠斯顿电桥建立外接电阻补偿网络的数学模型,利用MatLab优化工具箱提供的优化方法构建算法,对补偿电阻求解,实现对温度漂移的补偿。该方法更有助于基于硅压阻式压力芯片的OEM型产品的大规模量产。

关键词：硅压阻式压力传感器漂移惠斯顿电桥补偿优化

硅压阻式压力传感器可靠性强化试验及失效分析

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硅压阻式压力传感器可靠性强化试验及失效分析