Zavedení: Používáme hodně tlakových senzorů, a často zjistíme, že tlakové senzory se po dobu použití unášejí. Co způsobuje, že tlakový senzor driftu? Jak můžeme eliminovat drift senzoru tlaku během návrhu?
Příčiny driftu senzoru
Drift senzoru odkazuje na jev, že výstupní hodnota senzoru se v průběhu času mění. Tento drift může způsobit nepřesné výsledky měření senzorů, ovlivňující jeho spolehlivost a stabilitu v praktických aplikacích. Existuje mnoho důvodů pro drift senzoru, který bude představen jeden po druhém níže.
Změna teploty: Změna teploty je jednou z běžných příčin driftu senzoru. Změny teploty mohou způsobit rozšíření a kontrakci materiálu uvnitř senzorového prvku, což zase ovlivňuje mechanickou strukturu a elektrické vlastnosti senzoru, způsobuje výstupní hodnotu driftu. Například, Zvýšení teploty zvýší hodnotu odporu rezistoru senzoru, což má za následek vyšší výstupní hodnotu.
Změny napájení: Výstupní hodnota senzoru je ovlivněna napájecím napětím. Když se změní napájecí napětí, Výstupní hodnota senzoru se také změní. Je to proto, že změny v napájecím napětí způsobí změnu pracovního stavu vnitřního obvodu senzoru, což zase ovlivňuje amplitudu a stabilitu výstupního signálu.
Dlouhodobé použití: Dlouhodobé použití je také důležitou příčinou driftu senzoru. Během používání, Senzor může být ovlivněn mechanickým, chemické nebo tepelné rozšiřování a kontrakční faktory, způsobující změny ve své vnitřní struktuře, což zase způsobuje driftu výstupní hodnoty. Navíc, Senzor může být také ovlivněn vnějšími faktory prostředí, jako jsou vibrace a dopad, dále zhoršuje jev driftu.
Stárnutí senzoru: V průběhu času, Výkon senzoru může postupně klesat a může dojít k driftu. Je to proto, že materiály a komponenty uvnitř senzoru stárnou se zvýšením doby používání, způsobuje změnu jeho fyzikálních vlastností. Například, elektrolyt uvnitř senzoru postupně odtéká, způsobuje snížení citlivosti a stability, což zase způsobuje driftu výstupní hodnoty.
Vliv na životní prostředí: Drift senzoru může být také ovlivněn faktory prostředí. Například, Změny v environmentálních faktorech, jako je tlak vzduchu, vlhkost, a světlo může způsobit driftu výstupní hodnoty senzoru. Je to proto, že změny faktorů prostředí změní interakci mezi senzorem a objektem, který se má měřit, čímž ovlivňuje přesnost měření a stabilitu senzoru.
V prvních dnech vývoje tlakových senzorů, Skleněný prášek byl použit k utěsnění rozptýleného křemíkového čipu a kovové základny. Nevýhodou bylo, že kolem tlakového čipu došlo k velkému stresu, A dokonce i po žíhání, Stres nemohl být zcela vyloučen. Když se teplota změní, kvůli různým kovovým koeficientům tepelné roztažnosti, sklo a rozptýlené křemíkové čipy, bude vytvořeno tepelné napětí, způsobuje driftu nulového bodu senzoru. Proto je tepelný drift nulového bodu senzoru mnohem větší než tepelný drift čipu s nulovým bodem. Pokud se stříbrná pasta a svařování terminálu nezacházejí správně, Je snadné způsobit nestabilní odpor kontaktu. Zvláště když se teplota změní, s větší pravděpodobností se změní odpor kontaktu. Tyto faktory jsou důvody pro drift velkého bodu nulového bodu a teplotní drift senzoru.
Analýza teorie polovodiče příčiny tepelného driftu s nulovým bodem: Pouze v případě, že je konzistentní dopingová koncentrace a hodnota odporu rezistoru, může být výstupní napětí můstku nulového bodu malé a tepelný drift s nulovým bodem je také malý, což je velmi prospěšné pro zlepšení výkonu senzoru. Však, není snadné dosáhnout jednotného dopingového rozdělení během šíření, Takže varistorové proužky musí být co nejblíže a co nejkratší.
Analýza obvodu příčiny tepelného driftu nulového bodu: Ideálně, Hodnoty odporu čtyř rozptýlených rezistorů, které tvoří most Wheatstone, by měly být stejné. Drift teploty nulového bodu je způsoben změnou rozptýlené hodnoty rezistoru s teplotou. V určitém teplotním rozsahu, Hodnota odporu se zvyšuje se zvýšením teploty, to je, Koeficient teploty r rozptýleného rezistoru je pozitivní.
Řešení problémů s driftem senzoru
Celkově, Kompenzace tlakových senzorů nulové driftu lze rozdělit do dvou směrů: Kompenzace hardwaru a kompenzace softwaru.
Metoda kompenzace hardwaru: Vhodná metoda konstantního odporu v sérii a paralelní na mostním rameni: Metoda kompenzace termistoru můstku, Externí řada mostu a metoda kompenzace termistoru Parallel, Technologie kompenzace dvojitého mostu, Technologie kompenzace tranzistoru, atd.
Optimalizovat návrh obvodu: Přiměřený návrh obvodu může snížit dopad driftu senzoru. Například, Použití obvodu kompenzace teploty může napravit dopad změn teploty na hodnoty výstupu senzoru a zlepšit přesnost a stabilitu měření. Navíc, K odstranění dopadu změn napájení a zásahu do senzorů lze také použít metody návrhu obvodu, jako je filtrování a zesílení.
Metoda nulové driftu softwaru: V procesu získávání signálu, Od doby, kdy se spouštěcí signál nedochází v době, kdy je akvizice spuštěna a po dokončení akvizice, vstupní signál je nulový a výstupní signál není nulový. Tato shromážděná výstupní data existuje ve formě náhodného šumu, který nemá smysl pro výpočet a zpracování dat. Definujeme hodnotu signálu shromážděnou během tohoto období jako nulový drift.
Přijaté softwarové metody jsou:
Metoda specifikace polynomiálního montáže. Od té doby, co ve skutečném měření, teplota, Tlak a další fyzikální množství měřená tlakovým senzorem nebudou mít přísný lineární vztah s výstupní hodnotou, Funkční vztah je často ve formě polynomu. Polynomy lze použít k přizpůsobení nelineárních signálů, a klíčem je vyřešit jejich koeficienty.
Metoda neuronové sítě RBF. Základní princip: Metoda vzorce v algoritmu kompenzace teploty s nulovým bodem je obvykle relativně složitá, a přesnost montáže je často omezená. Metoda umělé neuronové sítě má výhody malého počtu vzorků, Jednoduchý algoritmus, Schopnost přibližovat libovolné funkce, a dobré vyhlídky na aplikace.
Navíc, Softwarová metoda také zahrnuje metodu vyhledávání tabulky, Metoda interpolace, atd.
Snížit dopad driftu, Lze přijmout následující opatření:
Stabilizovat teplotu: Senzor udržujte co nejvíce ve stavu konstantní teploty, aby se zabránilo dopadu kolísání teploty.
Použijte opatření pro kompenzaci teploty: Přidejte teplotní senzor uvnitř senzoru a proveďte kompenzaci korekcí snímání změn teploty.
Vyberte vhodnou metodu vazby substrátu: Vhodná metoda vazby substrátu může snížit dopad mechanického stresu.
Vyberte nezávislý zesilovač: Pro zesílení signálu použijte nezávislý zesilovač, který není ovlivněn jinými vnějšími faktory a může snížit problémy s driftem.
Používejte technologii automatické kalibrace: Prostřednictvím automatické kalibrace, Senzor může udržovat stabilní výstup při různé teplotě, vlhkost a další prostředí.
Vyberte si vysoce přesný senzor: Drift vysoce přesného senzoru je malý, který může snížit dopad.
Zpracovat datům driftu: Shromažďováním dat po určitou dobu a průměrováním dat driftu, Dopad driftu na výsledky měření lze snížit.
