高精度气象压力传感器技术研究

论文摘要

高精度大气压力传感器在地面气象站及探空气球与探空火箭中有着广泛的应用,该传感器的精度直接影响了气象预报的准确度。开展高精度的大气压力传感器研制工作,对促进国内气象业务发展,提高传感器设计水平以及关键测试测量设备的国产化具有重要的意义。针对气象领域业务应用的要求,课题采用硅压阻式压力传感器作为检测压力的敏感元件,传统的压阻式压力传感器的压力信号输出在整个量程范围内并不是完全线性的,而且其温度系数大,其零点与灵敏度都会随着温度的变化而产生热漂移,从而使测量的精度较低,仅仅通过材料与工艺手段的改进、硬件电路的补偿,不能够满足高精度大气压力测量的需要,必须结合数字化技术手段,对传感器信号进行温度补偿及非线性修正,提高测试精度。论文首先进行了敏感元件的原理分析与工艺的优化设计,然后通过硬件电路进行压力温度漂移与非线性的补偿,课题采用简化的、高性能的单片机硬件系统作为信号处理及数据提取算法的核心部件,结合高分辨率的A/D电路与软件的信号滤波设计实现压力与温度信号的高精度采集,采用LabVIEW软件作为数据分析与算法仿真的辅助工具,得到最佳拟合温度补偿的算法,并实现算法在单片机系统的移植。最后通过实测验证了设计的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的、意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 国内外技术发展概况
• 1.3 本文主要研究工作
• 第2章 总体方案与敏感元件设计
• 2.1 总体方案设计
• 2.2 压力敏感元件方案研究
• 2.2.1 敏感元件方案选择
• 2.2.2 压阻效应原理
• 2.3 压力敏感芯体设计
• 2.3.1 压力敏感单元结构设计
• 2.3.2 芯片结构设计
• 2.3.3 提高传感器芯片的信噪比设计
• 2.3.4 低应力封装技术研究
• 2.4 压力温度漂移及补偿电路设计
• 2.4.1 零点温度漂移的产生与补偿
• 2.4.2 补偿电阻位置确定
• 2.4.3 灵敏度温度漂移补偿方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 总体硬件设计
• 3.2 传感器的温度补偿与线性校准电路设计
• 3.3 温度信号获取
• 3.4 信号采集电路设计
• 3.4.1 AD7793简介
• 3.4.2 ∑-△ADC原理
• 3.4.3 电压基准电路
• 3.4.4 信号采集部分电路
• 3.5 其他电路设计
• 3.5.1 供电电路设计
• 3.5.2 通信电路设计
• 3.5.3 单片机电路设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 补偿算法研究与系统软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 常用软件拟合算法
• 4.2.1 线性拟合算法
• 4.2.2 曲线拟合算法
• 4.2.3 BP神经网络算法
• 4.2.4 曲面拟合法
• 4.3 计算机辅助开发软件
• 4.4 单片机系统软件设计
• 4.4.1 单片机软件编译环境
• 4.4.2 数据采集的软件设计
• 4.4.3 软件滤波设计
• 4.4.4 通信软件设计
• 4.4.5 其它软件设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统实现与试验结果分析
• 5.1 压力标定数据获取
• 5.2 数据分析与算法设计
• 5.3 系统实现
• 5.4 试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历