数字式高过载复合压力传感器研究

论文摘要

本文论述了机械式压力开关和有源压力敏感元件复合组成的压力传感器，在高冲击10000g，宽温度范围-40℃～100℃条件下，实现量程范围0～1MPa的高精度测量，具有模拟线性输出、TTL电平输出、数字输出和数据通信功能的复合压力传感器。利用波纹管和微动开关组成的机械式压力开关传感器对有源压力传感器延时启动，避免高过载下对加电工作的有源压力传感器及其它电子元器件的物理性损坏。通过对有源压力敏感元件的基片材料单晶硅、多晶硅、SOI、蓝宝石材料进行比较，选定SOI（Silicon on Insluator）材料为基片材料，该种材料硅微加工特性好且传感器在宽温区的范围内零点漂移小、温度灵敏度漂移小。利用有限元软件对敏感元件的形状C型、E型、双岛型杯体表面应力分布进行了模拟分析，其中着重对双岛型敏感元件进行分析。结合SOI材料的特性利用等离子干法刻蚀电阻图形，并采用TMAH（Tetramethyl Ammonium Hydroxide）各向异性腐蚀技术制作硅杯，最终制造出压力敏感元件。有源压力敏感元件采用恒流源供电,通过检测电路对敏感元件输出信号进行调理，调制成标准电压信号。将标准电压信号经AD变化后送入微处理中，经过数据融合技术处理后，再经DA变换和接口芯片转换，信号以0.5～4.5V的电压、五路TTL电平形式输出、和RS232串口形式通信。经压力测试仪和高低温环境试验箱组成的测试系统测量后,得出该传感器综合精度达到0.1%FS，传感器的阈值和输出信号可以通过上位机软件进行设定，数据通信稳定无误码、死机现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外压力传感器的发展现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 数字式高过载复合压力传感器设计与制备
• 2.1 数字式高过载复合压力传感器主要技术指标
• 2.2 数字式高过载复合压力传感器的设计
• 2.2.1 波纹管式压力开关设计
• 2.2.2 压阻式压力传感器设计
• 2.3 数字式高过载复合压力传感器的制备
• 2.3.1 波纹管式压力开关制备技术
• 2.3.2 压阻式压力传感器制备技术
• 2.4 本章小结
• 第3章 数字式高过载复合压力传感器电路及程序设计
• 3.1 数字式高过载复合压力传感器电路设计
• 3.1.1 传感器恒流源电路设计
• 3.1.2 传感器压力信号检测电路设计
• 3.1.3 传感器温度信号检测电路设计
• 3.1.4 传感器信号滤波电路设计
• 3.2 数字式高过载复合压力传感器微处理器电路设计
• 3.2.1 ADμC824 微处理器的性能参数
• 3.2.2 ADμC824 微处理器的外围电路设计
• 3.3 抗干扰设计
• 3.3.1 电源抗干扰设计
• 3.3.2 系统电路抗干扰设计
• 3.4 传感器软件补偿方法及程序设计
• 3.4.1 传感器非线性及温度补偿设计
• 3.4.2 传感器程序设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 数字式高过载复合压力传感器测试试验
• 4.1 传感器的静态特性和测试方案
• 4.1.1 传感器静态特性
• 4.1.2 传感器温度特性指标
• 4.1.3 测试方案
• 4.1.4 标定设备
• 4.2 测试试验结果
• 4.2.1 传感器补偿测试前的特性
• 4.2.2 传感器补偿测试后的特性
• 4.2.3 机械开关测量
• 4.3 传感器补偿系统性能评价
• 4.3.1 非线性测量结果评价
• 4.3.2 温漂测量结果评价
• 4.4 传感器性能系统评价
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历