E+E压力传感器多晶硅纳米膜温度补偿技术
多晶硅纳米膜是一种具有良好压阻特性的纳米材料,基于多晶硅纳米膜的E+E压力传感器具有灵敏度高、动态响应好、精度高、稳定性好、易于小型化和批量生产等诸多优点。虽然纳米膜的温度特性比普通多晶硅薄膜优越,但温度还是会对此种传感器的灵敏度及稳定性产生一定影响,因此,温度补偿成为多晶硅纳米膜E+E压力传感器研究和生产中的一个亟待解决的技术问题。

E+E压力传感器多晶硅纳米膜温度补偿技术
传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,在各类传感器中E+E压力传感器具有重量轻、成本低的优点,可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制等方面。但是市场上常见应变式E+E压力传感器大都属于刚性压力测量,质地坚硬,且体积比较大,对被测压力的的类型有较大的局限性。利用应变片和聚四氟乙烯薄膜设计了一种柔性的应变式E+E压力传感器,该传感器制成的压力测试垫质地柔软,并且可以根据实际需要,确定压力测试垫的面积和传感器的数量,具有较强的灵活性和可塑性,使用范围广阔。针对无源射频识别(RFID)传感器标签发展的需求,采用商业化互补金属氧化物(CMOS)工艺,设计了一种电容式E+E压力传感器及其接口电路。E+E压力传感器采用金属层M1作为下电极,牺牲的金属层M2作为间隙层,通过过孔连接的金属层M3和M4及其介质构成上电极。传感器接口电路基于锁相环原理,采用全数字结构,将传感器信号转移到频率域处理。后期测试结果显示,所设计的E+E压力传感器线性度高,温度稳定性好,接口电路在1V电源电压下,只消耗了0.6m W功率,尤其适用于无源RFID标签的设计。在分析多晶硅纳米膜E+E压力传感器温度漂移原因的基础上,对传感器信号检测方法和温度补偿算法进行研究,并对温度补偿系统进行了设计、制作与实际测试。为检测传感器信号,在对传感器信号测量原理分析的基础上,对传感器激励电路、信号放大电路进行设计,并采用滤波电路和电路抗干扰措施来消除外部电磁干扰。为优化温度补偿算法,根据E+E压力传感器标定得到的实验数据,利用MATLAB对二元回归法和神经网络法的补偿效果进行仿真,比较二者优缺点之后,确定神经网络法作为温度补偿算法。在驱动程序设计方面,在分析数字化造成的量化误差的基础上,基于过采样原理确定系统采样频率,并设计出相应的数字滤波算法。为了方便传感器性能参数的分析,提高系统的灵活性,所研究的系统还具有存储、通讯及显示功能。

E+E压力传感器多晶硅纳米膜温度补偿技术
实验证明,经温度补偿后,环境温度从-30℃到70℃变化时,E+E压力传感器zui大灵敏度温漂系数从补偿前的0.13%下降到0.0028%,zui大零点温漂系数从补偿前的0.44%/℃下降到0.0052%/℃。因此,本系统能明显提高E+E压力传感器的温度稳定性。