Aujourd'hui, nous allons en apprendre davantage sur les capteurs altimétriques de pression atmosphérique. Nous présenterons le principe de fonctionnement des capteurs, les types courants de capteurs, comment les trouver et les acheter, ainsi qu'une démonstration pratique du processus de lecture des données des capteurs via le MCU.
Table des matières
Qu'est-ce que le capteur altimétrique de pression atmosphérique
Le capteur d'altimètre de pression atmosphérique est un capteur qui mesure l'altitude grâce au changement de pression atmosphérique, qui n'est pas facilement affecté par les obstacles dans le processus de mesure, et dispose d'une large plage d'altitude de mesure, qui peut être utilisée pour la mesure d'altitude absolue et la mesure d'altitude relative. Actuellement, les téléphones intelligents et les appareils portables intelligents sont pour la plupart intégrés à des capteurs de pression atmosphérique.
Comment fonctionne le capteur altimétrique de pression atmosphérique
À l'aide d'un capteur de pression, l'altitude actuelle peut être calculée en mesurant le changement de pression atmosphérique. En effet, la pression atmosphérique diminue à mesure que l'altitude augmente. En effet, la pression atmosphérique est la pression générée par le poids du gaz au sol. À mesure que l’altitude augmente, l’épaisseur de la couche atmosphérique à cet endroit diminuera et la pression atmosphérique diminuera également. L'altitude peut alors être déterminée en mesurant le changement de pression atmosphérique.
La formule de pression atmosphérique peut être appliquée pour calculer la hauteur, puis le capteur de pression atmosphérique peut être utilisé comme altimètre de pression atmosphérique :
Dans la formule : P est la pression actuelle ; P0 est la pression au niveau de la mer (h=0) ; la hauteur (h) est mesurée en mètres. Bien entendu, cette formule inclut l’hypothèse d’une composition atmosphérique et d’une température ambiante de 15 degrés Celsius, ce qui nécessite une compensation de température pour une utilisation spécifique.
Lors de la mesure de la pression atmosphérique, une valeur de référence est requise, généralement la pression atmosphérique standard. En mesurant la pression réelle dans l'environnement et en la comparant à la valeur standard, le capteur peut calculer le changement de pression relative, fournissant ainsi des informations sur le changement d'altitude.
Types courants de capteurs d’altimètre de pression atmosphérique
Les capteurs de hauteur de pression atmosphérique courants peuvent être divisés en trois types : piézorésistifs, capacitifs et MEMS. Il s'agit de l'utilisation de mesures avec un milieu, tel que la résistance, la capacité, les composants micromécaniques, etc., sa déformation due aux changements de pression atmosphérique, entraînant des changements de résistance, de capacité et d'autres changements dans les caractéristiques de la mesure des changements de pression atmosphérique.
Le principe de base des capteurs piézorésistifs est que la résistance du matériau change avec le changement de pression atmosphérique externe, et ce changement peut être mesuré à travers le circuit et converti en valeur de pression atmosphérique correspondante. Les capteurs de type capacitif utilisent la relation entre la capacité et le milieu gazeux, la valeur de la capacité changera avec le changement de pression atmosphérique, grâce à la mesure des changements de capacité pour déduire le changement de pression atmosphérique.
Les capteurs des systèmes microélectromécaniques (MEMS) utilisent des structures micromécaniques, telles que de minuscules films minces ou des pièces micromécaniques suspendues, qui sont affectées par les changements de pression atmosphérique, entraînant des changements dans le signal.
1. Capteur piézorésistif d'altitude et de pression atmosphérique
Les capteurs de pression d'air piézorésistifs utilisent généralement une plaque monolithique de silicium comme diaphragme, qui est l'élément récepteur de pression d'air. La pression (pression de l'air) est calculée en répandant des impuretés sur sa surface pour former un circuit en pont résistif, qui convertit la déformation provoquée par la pression appliquée en un changement de valeur de résistance.
Le phénomène dans lequel la résistivité d'une résistance change en fonction de la pression appliquée à la résistance est appelé effet piézorésistif. Actuellement, la plupart des nouveaux circuits intégrés de capteurs de pression atmosphérique utilisent une structure MEMS (c'est-à-dire une structure de diaphragme et une piézorésistance intégrées ensemble) et un circuit intégré (ASIC) pour les circuits de traitement et de contrôle de correction de température, etc., intégrés dans un seul boîtier, ce qui permet d'obtenir facilement des informations de haute précision sur la pression atmosphérique.
2. Capteurs altimétriques capacitifs de pression atmosphérique
Les capteurs capacitifs de pression atmosphérique sont basés sur la relation entre la capacité et le milieu gazeux. Les changements de pression atmosphérique entraîneront des changements de capacité, et en mesurant les changements de capacité, des changements de pression atmosphérique peuvent être déduits. Les capteurs capacitifs de pression atmosphérique sont couramment utilisés pour les observations météorologiques et les mesures de hauteur.
Il présente les avantages suivants par rapport aux capteurs de pression d'air piézorésistifs :
Consommation d'énergie réduite : le type piézorésistif utilise un pont de Whisden pendant la mesure, qui consomme de l'énergie, tandis que le type capacitif’Le principe de mesure ne consomme presque pas de courant ;
Moins de bruit : Le bruit thermique des instruments piézorésistifs limite radicalement la sensibilité et la résolution du baromètre ;
Le capacitif a une plus grande stabilité en température : le piézorésistif est très sensible à la température ; en principe, le capacitif est plus sensible aux changements de pression atmosphérique, ce qui entraîne une plus grande précision.
3.Capteurs altimétriques de pression atmosphérique MEMS
Un capteur de pression MEMS typique se compose d'une plaquette de silicium recouverte d'une chambre remplie d'un gaz de pression de référence (ou de vide). La différence de pression d'air entre la chambre et l'environnement provoque la flexion et la déformation de la plaquette, ce qui entraîne une contrainte mécanique qui génère un signal électrique proportionnel. Une puce ASIC intégrée détecte et numérise ce signal.
Les capteurs de pression d'air MEMS peuvent être mécaniques, capacitifs ou piézorésistifs. Il présente les caractéristiques d'une taille compacte, d'un faible bruit, d'une faible consommation d'énergie et la précision de la mesure de la différence de hauteur peut atteindre le niveau du centimètre ; il convient aux téléphones intelligents, aux tablettes PC, aux drones, à la réalité augmentée (AR) et à la réalité virtuelle (VR), aux appareils électroménagers intelligents, etc., et constitue le type de capteur de pression pneumatique destiné aux applications grand public.
Sélection et achat de capteurs altimétriques pneumatiques
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Démonstration expérimentale d'un capteur altimétrique pneumatique
Nous démontrerons l'utilisation d'un MCU pour lire et afficher les données d'un capteur altimétrique de pression atmosphérique. L’expérience utilise un capteur altimétrique de pression atmosphérique MEMS. Déplacez le capteur de pression atmosphérique de haut en bas, nous pouvons voir que la valeur de la pression atmosphérique diminue lorsqu'elle monte et augmente lorsqu'elle diminue, et le changement de valeur de pression atmosphérique reflète le changement de la hauteur actuelle.
