機(jī)電工程-new董健-final

1、1.具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，先用我WCT—1P—C可程式高低溫試驗(yàn)機(jī)對(duì)各壓敏電阻的環(huán)境溫度進(jìn)行變化….2.上述12種情況中，只可能有一種情況使橋路平衡方程組有解。根據(jù)橋路的對(duì)稱(chēng)性，應(yīng)該是成對(duì)解，請(qǐng)作者復(fù)核！3.在信號(hào)測(cè)試中，作者應(yīng)將不加補(bǔ)償時(shí)與加補(bǔ)償時(shí)的信號(hào)測(cè)試對(duì)比！壓阻式?jīng)_擊硅微機(jī)械加速度傳感器的溫度補(bǔ)償董健(浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造及自動(dòng)化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杭州310014)摘要：文中給出了一種壓阻式?jīng)_擊硅微機(jī)械加速度傳感器的零位溫度漂移和靈敏度溫度

2、漂移的補(bǔ)償方法與實(shí)現(xiàn)。沖擊硅微機(jī)械加速度傳感器的四個(gè)壓敏電阻構(gòu)成惠斯通全橋連接。該方法采用串并聯(lián)電阻來(lái)補(bǔ)償加速度傳感器的零位溫度漂移，采用在電源后串聯(lián)二極管來(lái)補(bǔ)償加速度傳感器的靈敏度溫度漂移。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，先采用高低溫試驗(yàn)機(jī)對(duì)各壓敏電阻的環(huán)境溫度進(jìn)行變化，通過(guò)設(shè)計(jì)的接口檢測(cè)電路測(cè)量出四個(gè)壓敏電阻阻值隨溫度變化值。然后用設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件計(jì)算出補(bǔ)償電阻值、補(bǔ)償電阻在橋路中的位置以及串聯(lián)二極管的數(shù)量。最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果給出了沖擊硅微機(jī)械加速度傳感器

3、實(shí)際的信號(hào)檢測(cè)電路。關(guān)鍵詞：零位溫度漂移，靈敏度溫度漂移，補(bǔ)償，串并聯(lián)電阻中圖分類(lèi)號(hào)：TP2120前言表明沖擊加速度傳感器是測(cè)量侵徹型撞擊、工程沖擊實(shí)驗(yàn)、爆炸實(shí)驗(yàn)的核心器件，在航空、電子、汽車(chē)以及軍事等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。采用MEMS工藝制作的沖擊硅微機(jī)械加速度傳感器具有體積小、成本低、批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，更具有開(kāi)發(fā)應(yīng)用的價(jià)值。壓阻式?jīng)_擊硅微機(jī)械加速度傳感器相對(duì)于電容式?jīng)_擊硅微機(jī)械加速度傳感器具有制作工藝簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和輸出信號(hào)線性度好

4、，外圍測(cè)量電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但是，壓阻式?jīng)_擊硅微機(jī)械加速度傳感器在承受沖擊時(shí)壞境溫度變化較大，壓敏電阻隨溫度而產(chǎn)生變化，測(cè)量信號(hào)容易產(chǎn)生溫度漂移。因此，壓阻式?jīng)_擊硅微機(jī)械加速度傳感器的溫度補(bǔ)償在傳感器信號(hào)測(cè)試過(guò)程中非常重要，直接影響到傳感器的測(cè)試精度。本文針對(duì)一種全橋連接的壓阻式?jīng)_擊硅微機(jī)械加速度傳感器，提出了它的零位溫度漂移和靈敏度溫度漂移的補(bǔ)償方法和具體實(shí)現(xiàn)。根據(jù)補(bǔ)償原理，我們采用在橋路中串并聯(lián)電阻的方法來(lái)補(bǔ)償加速度傳感器零位溫度漂移

5、，采用在電源后串聯(lián)二極管的方法來(lái)補(bǔ)償加速度傳感器靈敏度溫度漂移。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，先斷開(kāi)加速度傳感器各壓敏電阻間的連接線，將加速度傳感器放置于WCT—1P—C可程式高低溫試驗(yàn)機(jī)中，改變加速度傳感器的的環(huán)境溫度，通過(guò)設(shè)計(jì)的接口檢測(cè)電路單獨(dú)測(cè)量出四個(gè)壓敏電阻阻值隨溫度變化值，然后用設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件計(jì)算出補(bǔ)償電阻值、補(bǔ)償電阻在橋路中的位置以及串聯(lián)二極管的數(shù)量，再根據(jù)計(jì)算構(gòu)建補(bǔ)償電路。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，該補(bǔ)償方法能有效地補(bǔ)償加速度傳感器的溫度效應(yīng)。1沖

6、擊微機(jī)械加速度傳感器的結(jié)構(gòu)[1]壓阻式?jīng)_擊硅微機(jī)械加速度傳感器的設(shè)計(jì)版圖如圖1所示。在硅片平面內(nèi)設(shè)計(jì)了兩個(gè)分布方向相反結(jié)構(gòu)相同的懸臂梁，每個(gè)懸臂梁頂端通過(guò)硼擴(kuò)散3所示12種情況，相應(yīng)的橋路平衡公式為調(diào)整公式（1）（2）中和的位置。sRpR表1串并聯(lián)形式sRpR置于sR1R置于pR2R置于sR1R置于pR3R置于sR1R置于pR4R置于sR2R置于pR1R置于sR2R置于pR3R置于sR2R置于pR4R置于sR3R置于pR1R置于sR3R

7、置于pR2R置于sR3R置于pR4R置于sR4R置于pR1R置于sR4R置于pR2R置于sR4R置于pR3R上述12種情況中，只可能有二種情況使橋路平衡方程組有解。只要找出其中一種情況就找到了我們所需要的零位溫度漂移補(bǔ)償電路的串并聯(lián)形式和串并聯(lián)電阻值。1.31.3加速度傳感器的靈敏度溫度漂移補(bǔ)償原理當(dāng)溫度升高時(shí)，傳感器的靈敏度要降低，此時(shí)可適當(dāng)提高電橋的電源電壓，使電橋的輸出不改變，就可以達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?；反之溫度降低時(shí)，傳感器的靈敏度升

8、高，此時(shí)可適當(dāng)降低電橋的電源電壓，仍使輸出保持不變，即能達(dá)到補(bǔ)償目的。半導(dǎo)體二極管恰好具有這樣的負(fù)溫度特性（溫度每升高1℃時(shí)，正向壓降要減小2.0mV左右）。如圖4所示在采用恒壓源供電的檢測(cè)電路中，可以在電源回路中串聯(lián)適當(dāng)數(shù)量的二極管來(lái)達(dá)到靈敏度溫度補(bǔ)償?shù)哪康腫3]。圖4靈敏度溫度漂移補(bǔ)償電路二極管的數(shù)量由下式?jīng)Q定nTUn?????0（3）式中，為溫度變化的范圍，電橋橋壓變化T?0U?的數(shù)值，二極管PN結(jié)正向壓降的溫度系數(shù)。?對(duì)于全橋聯(lián)

9、接，溫度變化時(shí)，為保持傳感器靈敏度不變，電橋橋壓需要變化的數(shù)值為0U?TTCUU???00?（4）式中，為溫度變化的范圍，電橋橋壓，T?0U擴(kuò)散電阻靈敏度溫度系數(shù)。?TC將式（4）代入式（3），則有????TCUn0（5）式中，為電橋輸入電壓，擴(kuò)散電阻靈敏度0U?TC溫度系數(shù)，二極管PN結(jié)正向壓降的溫度系數(shù)。?2加速度傳感器的溫度補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)2.12.1零位溫度漂移補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)如圖5所示，具體操作時(shí)，先斷開(kāi)加速度傳感器各壓敏電阻間的連接線，將