Introduction: Nous utilisons beaucoup de capteurs de pression, Et nous constatons souvent que les capteurs de pression dérivent après une période d'utilisation. Ce qui provoque la dérive du capteur de pression? Comment pouvons-nous éliminer la dérive du capteur de pression pendant la conception?
Causes de dérive du capteur
La dérive du capteur fait référence au phénomène que la valeur de sortie du capteur change dans le temps. Cette dérive peut provoquer des résultats de mesure de capteur inexacts, affectant sa fiabilité et sa stabilité dans les applications pratiques. Il y a de nombreuses raisons à la dérive du capteur, qui sera introduit un par un ci-dessous.
Changement de température: Le changement de température est l'une des causes courantes de la dérive du capteur. Les changements de température peuvent provoquer l'expansion et la contraction du matériau à l'intérieur de l'élément du capteur, qui à son tour affecte la structure mécanique et les caractéristiques électriques du capteur, provoquant la dérive de la valeur de sortie. Par exemple, Une augmentation de la température augmentera la valeur de résistance d'un capteur de résistance, résultant en une valeur de sortie plus élevée.
Modifications d'alimentation: La valeur de sortie du capteur est affectée par la tension d'alimentation. Lorsque la tension d'alimentation change, La valeur de sortie du capteur changera également. En effet, qui à son tour affecte l'amplitude et la stabilité du signal de sortie.
Utilisation à long terme: L'utilisation à long terme est également une cause importante de dérive du capteur. Pendant l'utilisation, Le capteur peut être affecté par mécanique, Facteurs de dilatation et de contraction chimique ou thermique, provoquant des changements dans sa structure interne, ce qui à son tour fait dériver la valeur de sortie. En outre, Le capteur peut également être affecté par des facteurs environnementaux externes tels que les vibrations et l'impact, exacerbant davantage le phénomène de dérive.
Vieillissement du capteur: Au fil du temps, Les performances du capteur peuvent diminuer progressivement et une dérive peut se produire. En effet, faire changer ses propriétés physiques. Par exemple, L'électrolyte à l'intérieur du capteur s'écoulera progressivement, provoquant la diminution de sa sensibilité et de sa stabilité, ce qui à son tour fait dériver la valeur de sortie.
Influence environnementale: La dérive du capteur peut également être affectée par les facteurs environnementaux. Par exemple, Changements dans les facteurs environnementaux tels que la pression de l'air, humidité, et la lumière peut entraîner une dérive de la valeur de sortie du capteur. En effet, les changements dans les facteurs environnementaux modifieront l'interaction entre le capteur et l'objet à mesurer, affectant ainsi la précision de la mesure et la stabilité du capteur.
Au début du développement de capteurs de pression, La poudre de verre a été utilisée pour sceller la puce de silicium diffuse et la base métallique. L'inconvénient était qu'il y avait une forte contrainte autour de la puce de pression, Et même après le recuit, Le stress n'a pas pu être complètement éliminé. Lorsque la température change, en raison des différents coefficients de dilatation thermique du métal, Bips de silicium en verre et diffusé, La contrainte thermique sera générée, provoquant la dérive du point zéro du capteur. C'est pourquoi la dérive thermique à point zéro du capteur est beaucoup plus grande que la dérive thermique à point zéro de la puce. Si la pâte d'argent et le soudage des terminaux ne sont pas traités correctement, Il est facile de provoquer une résistance de contact instable. Surtout lorsque la température change, La résistance de contact est plus susceptible de changer. Ces facteurs sont les raisons de la grande dérive de points zéro et de la dérive de température du capteur.
Analyse de la théorie des semi-conducteurs de la cause de la dérive thermique à point zéro: Ce n'est que lorsque la concentration de dopage et la valeur de résistance de la résistance sont cohérentes que la tension de sortie à point zéro du pont est petite et que la dérive thermique à point zéro est également petite, ce qui est très bénéfique pour améliorer les performances du capteur. Cependant, Il n'est pas facile d'obtenir une distribution de dopage uniforme pendant la diffusion, Ainsi, les bandes de varistor doivent être aussi proches que possible et aussi courtes que possible.
Analyse de circuit de la cause de la dérive thermique à point zéro: Idéalement, Les valeurs de résistance des quatre résistances diffuses qui composent le pont de Wheatstone doivent être égales. La dérive de température à point zéro est causée par le changement de valeur de résistance diffuse avec la température. Dans une certaine plage de température, La valeur de résistance augmente avec l'augmentation de la température, c'est, Le coefficient de température r de la résistance diffus est positif.
Solutions aux problèmes de dérive des capteurs
Dans l'ensemble, La compensation zéro dérive des capteurs de pression peut être divisée en deux directions: Compensation matérielle et rémunération des logiciels.
Méthode de compensation zéro matérielle: Méthode de résistance constante appropriée en série et parallèle sur le bras de pont: Méthode de compensation de thermistance du bras de pont, Série externe du pont et méthode de compensation parallèle de la thermistance, Technologie de compensation à double pont, Technologie de compensation des transistors, etc..
Optimiser la conception du circuit: La conception de circuits raisonnable peut réduire l'impact de la dérive du capteur. Par exemple, L'utilisation du circuit de compensation de température peut corriger l'impact des changements de température sur les valeurs de sortie du capteur et améliorer la précision et la stabilité de la mesure. En outre, Des méthodes de conception de circuits telles que le filtrage et l'amplification peuvent également être utilisées pour éliminer l'impact des changements d'alimentation et une interférence environnementale sur les capteurs.
Méthode de dérive zéro logicielle: Dans le processus d'acquisition de signaux, à partir du moment où le signal de déclenchement ne se produit pas au moment où l'acquisition est déclenchée et une fois l'acquisition terminée, Le signal d'entrée est nul et le signal de sortie n'est pas nul. Ces données de sortie collectées existent sous la forme d'un bruit aléatoire, qui n'a pas de sens pour le calcul et le traitement des données. Nous définissons la valeur du signal collectée au cours de cette période comme une dérive nulle.
Les méthodes logicielles adoptées sont:
Méthode de spécification d'ajustement polynomial. Depuis dans la mesure réelle, la température, La pression et autres quantités physiques mesurées par le capteur de pression n'auront pas de relation linéaire stricte avec la valeur de sortie, La relation fonctionnelle est souvent sous la forme d'un polynôme. Les polynômes peuvent être utilisés pour s'adapter aux signaux non linéaires, Et la clé est de résoudre leurs coefficients.
Méthode du réseau neuronal RBF. Principe de base: Habituellement, la méthode de formule dans l'algorithme du logiciel de compensation de température zéro point est relativement complexe, Et la précision d'adaptation est souvent limitée. La méthode du réseau neuronal artificiel présente les avantages d'un petit nombre d'échantillons, un algorithme simple, la capacité de se rapprocher des fonctions arbitraires, et de bonnes perspectives d'application.
En outre, La méthode du logiciel comprend également la méthode de recherche de table, méthode d'interpolation, etc..
Pour réduire l'impact de la dérive, Les mesures suivantes peuvent être prises:
Stabiliser la température: Gardez le capteur dans un état à température constante autant que possible pour éviter l'impact des fluctuations de température.
Utiliser des mesures de compensation de température: Ajouter un capteur de température à l'intérieur du capteur pour effectuer une compensation de correction en détectant les changements de température.
Choisissez une méthode de liaison de substrat appropriée: Une méthode de liaison de substrat appropriée peut réduire l'impact de la contrainte mécanique.
Choisissez un amplificateur indépendant: Utilisez un amplificateur indépendant pour amplifier le signal, qui n'est pas affecté par d'autres facteurs externes et peut réduire les problèmes de dérive.
Utiliser la technologie d'étalonnage automatique: Par l'étalonnage automatique, Le capteur peut maintenir une sortie stable sous une température différente, Humidité et autres environnements.
Choisissez un capteur de haute précision: La dérive d'un capteur de haute précision est petite, ce qui peut réduire l'impact.
Traiter les données de dérive: En collectant des données sur une période de temps et en faisant la moyenne des données de dérive, L'impact de la dérive sur les résultats de mesure peut être réduit.
