E+E壓力傳感器多晶硅納米膜溫度補償技術
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、動態響應好、精度高、穩定性好、易于小型化和批量生產等諸多優點。雖然納米膜的溫度特性比普通多晶硅薄膜*,但溫度還是會對此種傳感器的靈敏度及穩定性產生一定影響,因此,溫度補償成為多晶硅納米膜E+E壓力傳感器研究和生產中的一個亟待解決的技術問題。

E+E壓力傳感器多晶硅納米膜溫度補償技術
傳感器技術是現代測量和自動化系統的重要技術之一,在各類傳感器中E+E壓力傳感器具有重量輕、成本低的優點,可廣泛用于壓力、高度、加速度、液體的流量、流速、液位、壓強的測量與控制等方面。但是市場上常見應變式E+E壓力傳感器大都屬于剛性壓力測量,質地堅硬,且體積比較大,對被測壓力的的類型有較大的局限性。利用應變片和聚四氟乙烯薄膜設計了一種柔性的應變式E+E壓力傳感器,該傳感器制成的壓力測試墊質地柔軟,并且可以根據實際需要,確定壓力測試墊的面積和傳感器的數量,具有較強的靈活性和可塑性,使用范圍廣闊。針對無源射頻識別(RFID)傳感器標簽發展的需求,采用商業化互補金屬氧化物(CMOS)工藝,設計了一種電容式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及其介質構成上電極。傳感器接口電路基于鎖相環原理,采用全數字結構,將傳感器信號轉移到頻率域處理。后期測試結果顯示,所設計的E+E壓力傳感器線性度高,溫度穩定性好,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標簽的設計。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上,對傳感器信號檢測方法和溫度補償算法進行研究,并對溫度補償系統進行了設計、制作與實際測試。為檢測傳感器信號,在對傳感器信號測量原理分析的基礎上,對傳感器激勵電路、信號放大電路進行設計,并采用濾波電路和電路抗干擾措施來消除外部電磁干擾。為優化溫度補償算法,根據E+E壓力傳感器標定得到的實驗數據,利用MATLAB對二元回歸法和神經網絡法的補償效果進行仿真,比較二者優缺點之后,確定神經網絡法作為溫度補償算法。在驅動程序設計方面,在分析數字化造成的量化誤差的基礎上,基于過采樣原理確定系統采樣頻率,并設計出相應的數字濾波算法。為了方便傳感器性能參數的分析,提高系統的靈活性,所研究的系統還具有存儲、通訊及顯示功能。

E+E壓力傳感器多晶硅納米膜溫度補償技術
實驗證明,經溫度補償后,環境溫度從-30℃到70℃變化時,E+E壓力傳感器zui大靈敏度溫漂系數從補償前的0.13%下降到0.0028%,zui大零點溫漂系數從補償前的0.44%/℃下降到0.0052%/℃。因此,本系統能明顯提高E+E壓力傳感器的溫度穩定性。