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發(fā)布時間：2024-08-23

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引言：壓力傳感器我們用得很多，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)壓力傳感器使用一段時間就會有漂移現(xiàn)象。是什么原因?qū)е聣毫鞲衅髌频哪?？我們在設(shè)計的時候怎么才能消除壓力傳感器漂移呢？

傳感器漂移產(chǎn)生的原因

傳感器漂移是指傳感器輸出值隨時間的推移而發(fā)生變化的現(xiàn)象。這種漂移可能會導(dǎo)致傳感器測量結(jié)果的不準確性,影響其在實際應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性。傳感器漂移產(chǎn)生的原因是多種多樣的，下面將逐一介紹。

1.溫度變化:溫度變化是導(dǎo)致傳感器漂移的常見原因之一。溫度的變化會引|起傳感器元件內(nèi)部材料的膨脹和收縮,進而影響傳感器的機械結(jié)構(gòu)和電特性,導(dǎo)致輸出值發(fā)生漂移。例如，溫度升高會使電阻傳感器的電阻值增加,從而導(dǎo)致輸出值偏高。

2.電源變化:傳感器的輸出值受到供電電壓的影響,當供電電壓發(fā)生變化時,傳感器的輸出值也會發(fā)生變化。這是因為供電電壓的變化會導(dǎo)致傳感器內(nèi)部電路的工作狀態(tài)發(fā)生改變,進而影響輸出信號的幅值和穩(wěn)定性。

3.長期使用:長期使用也是傳感器漂移的一個重要原因。在使用過程中,傳感器可能會受到機械、化學或熱脹冷縮等因素的影響,導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,進而引起輸出值的漂移。此外,傳感器還可能受到振動、沖擊等外部環(huán)境因素的影響,進一步加劇漂移現(xiàn)象。

4.傳感器老化:隨著時間的推移,傳感器的性能可能會逐漸下降,出現(xiàn)漂移現(xiàn)象。這是因為傳感器內(nèi)部的材料和元件會隨著使用時間的增加而老化,導(dǎo)致其物理特性發(fā)生變化。例如,傳感器內(nèi)部的電解質(zhì)會逐漸流失,導(dǎo)致其靈敏度和穩(wěn)定性下降，進而引|起輸出值的漂移。

5.環(huán)境影響:傳感器的漂移還可能受到環(huán)境因素的影響。例如，氣壓、濕度、光照等環(huán)境因素的變化都可能導(dǎo)致傳感器輸出值的漂移。這是因為環(huán)境因素的變化會改變傳感器與待測物體的相互作用,進而影響傳感器的測量精度和穩(wěn)定性。

“壓力傳感器發(fā)展的初期，擴散硅芯片和金屬基座之間用玻璃粉封接，缺點是壓力芯片的周圍存在著較大的應(yīng)力，即使經(jīng)過退火處理，應(yīng)力也不能完全消除。當溫度發(fā)生變化時，由于金屬、玻璃和擴散硅芯片熱澎脹系數(shù)的不同，會產(chǎn)生熱應(yīng)力，使傳感器的零點發(fā)生漂移。這就是為什么傳感器的零點熱漂移要比芯片的零點熱漂移大得多的原因。采用銀漿和接線柱焊接，處理不好，容易造成接點電阻不穩(wěn)定。特別是在溫度發(fā)生變化時，接觸電阻更易變化，這些因素是造成傳感器零點時漂、溫漂大的原因。

零點熱漂移產(chǎn)生原因的半導(dǎo)體理論分析：只有當電阻的摻雜濃度和阻值一致時才能使電橋的零點輸出電壓小，零點熱漂移也小，這對提高傳感器的性能十分有利。但是擴散時摻雜分布不易做到均勻，因此要求壓敏電阻條越接近越好，越短越好。

零點熱漂移產(chǎn)生原因的電路分析：理想情況下，組成惠斯通電橋的四個擴散電阻的阻值應(yīng)該是相等的。零點溫度漂移的產(chǎn)生是由于擴散電阻值隨溫度變化引起的。在一定的溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度的上升而增加，即擴散電阻的溫度系數(shù)R為正值。”

此圖為惠斯通電橋損傷的傳感器

漂移問題的解決方法

從整體上來分，壓力傳感器的零點漂移補償可分為硬件補償和軟件補償兩大方向。

1.硬件零點補償方法：

在橋臂上串、并聯(lián)恰當恒定電阻法：橋臂熱敏電阻補償法，橋外串、并聯(lián)熱敏電阻補償法，雙電橋補償技術(shù)，三極管補償技術(shù)等。

優(yōu)化電路設(shè)計:合理的電路設(shè)計可以減小傳感器漂移的影響。例如,采用溫度補償電路可以校正溫度變化對傳感器輸出值的影響,提高測量精度和穩(wěn)定性。此外，還可以采用濾波、放大等電路設(shè)計手段來消除電源變化和環(huán)境干擾對傳感器的影響。

2.軟件補償零點漂移方法：在信號采集過程中，在觸發(fā)信號未發(fā)生到觸發(fā)采集以及在采集結(jié)束后的這些時間段里，輸入的信號為零，輸出的信號不為零，這種采集到的輸出數(shù)據(jù)以隨機噪聲的形式存在，對于數(shù)據(jù)的計算與處理是沒有意義的。我們定義這段時間里采集到的信號值稱之為零點漂移。

所采取的軟件方法有：

多項式擬合規(guī)范法。由于在實際測量中，壓力傳感器所測量的溫度、壓力等物理量不會與輸出值是嚴格的線性關(guān)系，因此其函數(shù)關(guān)系常是多項式形式。多項式可用于非線性信號的擬合，關(guān)鍵在于求解其各項系數(shù)。

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。基本原理：通常零點溫度補償軟件算法中公式法比較復(fù)雜，擬合精度常會受到限制。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有使用的樣本數(shù)少、算法簡單、具有任意函數(shù)逼近能力、應(yīng)用前景良好。

此外軟件法還包括查表法、插值法等。

為降低漂移的影響,可以采取以下措施:

1.穩(wěn)定溫度：盡量使傳感器處于恒溫狀態(tài)，避免溫度波動造成影響。

2.采用溫度補償措施：在傳感器內(nèi)部加入溫度傳感器，通過對溫度變化的感知，進行修正補償。

3.選擇適合的基底粘合方法：合適的基底粘合方法可以減少機械應(yīng)力的影響。

4.選擇獨立放大器：采用獨立放大器將信號放大，不受其他外部因素影響，可以減少飄移問題。

5.采用自動校準技術(shù)：通過自動校準，使傳感器在不同溫度、濕度等環(huán)境下都能保持穩(wěn)定的輸出。

6.選擇高精度傳感器：高精度傳感器的飄移小，可以減少影響。

7.對飄移數(shù)據(jù)進行處理：通過采集一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)，對飄移數(shù)據(jù)進行平均處理，可以減少飄移對測量結(jié)果的影響。

聲明

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