Pengenalan: Kami menggunakan banyak penderia tekanan, dan kami sering mendapati bahawa penderia tekanan akan hanyut selepas tempoh penggunaan. Apakah yang menyebabkan sensor tekanan hanyut? Bagaimanakah kita boleh menghapuskan drift sensor tekanan semasa reka bentuk?
Punca drift sensor
Hanyut sensor merujuk kepada fenomena bahawa nilai output sensor berubah dari semasa ke semasa. Hanyut ini boleh menyebabkan keputusan pengukuran sensor tidak tepat, menjejaskan kebolehpercayaan dan kestabilannya dalam aplikasi praktikal. Terdapat banyak sebab untuk sensor drift, yang akan diperkenalkan satu per satu di bawah.
Perubahan suhu: Perubahan suhu adalah salah satu punca biasa hanyut sensor. Perubahan suhu boleh menyebabkan pengembangan dan pengecutan bahan di dalam elemen sensor, yang seterusnya menjejaskan struktur mekanikal dan ciri elektrik sensor, menyebabkan nilai output hanyut. Sebagai contoh, peningkatan suhu akan meningkatkan nilai rintangan penderia perintang, menghasilkan nilai keluaran yang lebih tinggi.
Perubahan bekalan kuasa: Nilai output sensor dipengaruhi oleh voltan bekalan. Apabila voltan bekalan berubah, nilai output sensor juga akan berubah. Ini kerana perubahan dalam voltan bekalan akan menyebabkan keadaan kerja litar dalaman penderia berubah, yang seterusnya menjejaskan amplitud dan kestabilan isyarat keluaran.
Penggunaan jangka panjang: Penggunaan jangka panjang juga merupakan punca penting hanyut sensor. Semasa penggunaan, penderia mungkin dipengaruhi oleh faktor pengembangan dan pengecutan mekanikal, kimia atau haba, menyebabkan perubahan dalam struktur dalamannya, yang seterusnya menyebabkan nilai output hanyut. Selain itu, penderia juga mungkin dipengaruhi oleh faktor persekitaran luaran seperti getaran dan hentaman, seterusnya memburukkan lagi fenomena hanyut.
Penuaan penderia: Dari masa ke masa, prestasi penderia mungkin menurun secara beransur-ansur dan hanyut mungkin berlaku. Ini kerana bahan dan komponen di dalam penderia akan menjadi tua dengan peningkatan masa penggunaan, menyebabkan sifat fizikalnya berubah. Sebagai contoh, elektrolit di dalam penderia akan beransur-ansur mengalir, menyebabkan kepekaan dan kestabilannya berkurangan, yang seterusnya menyebabkan nilai output hanyut.
Pengaruh persekitaran: Hanyutan penderia juga mungkin dipengaruhi oleh faktor persekitaran. Contohnya, perubahan dalam faktor persekitaran seperti tekanan udara, kelembapan dan cahaya boleh menyebabkan nilai output sensor hanyut. Ini kerana perubahan dalam faktor persekitaran akan mengubah interaksi antara sensor dan objek yang akan diukur, seterusnya menjejaskan ketepatan pengukuran dan kestabilan sensor.
Pada hari-hari awal pembangunan penderia tekanan, serbuk kaca digunakan untuk mengelak cip silikon yang tersebar dan asas logam. Kelemahannya ialah terdapat tekanan besar di sekeliling cip tekanan, dan walaupun selepas penyepuhlindapan, tekanan tidak dapat dihapuskan sepenuhnya. Apabila suhu berubah, disebabkan oleh pekali pengembangan haba yang berbeza bagi logam, kaca dan cip silikon tersebar, tegasan haba akan dijana, menyebabkan titik sifar sensor hanyut. Inilah sebabnya mengapa hanyutan terma titik sifar bagi sensor jauh lebih besar daripada hanyutan terma titik sifar cip. Jika tampal perak dan kimpalan terminal tidak dikendalikan dengan betul, ia adalah mudah untuk menyebabkan rintangan sentuhan yang tidak stabil. Terutama apabila suhu berubah, rintangan sentuhan lebih cenderung untuk berubah. Faktor-faktor ini adalah sebab bagi hanyut titik sifar yang besar dan hanyut suhu sensor.
Analisis teori semikonduktor tentang punca hanyutan terma titik sifar: Hanya apabila kepekatan doping dan nilai rintangan perintang adalah konsisten, voltan keluaran titik sifar jambatan menjadi kecil dan hanyutan terma titik sifar juga kecil, yang sangat bermanfaat untuk meningkatkan prestasi sensor. Walau bagaimanapun, tidak mudah untuk mencapai pengedaran doping seragam semasa resapan, jadi jalur varistor dikehendaki sedekat mungkin dan sesingkat mungkin.
Analisis litar punca hanyutan terma titik sifar: Sebaik-baiknya, nilai rintangan bagi empat perintang tersebar yang membentuk jambatan Wheatstone hendaklah sama. Hanyutan suhu titik sifar disebabkan oleh perubahan nilai perintang tersebar dengan suhu. Dalam julat suhu tertentu, nilai rintangan meningkat dengan peningkatan suhu, iaitu, pekali suhu R perintang tersebar adalah positif.
Penyelesaian kepada masalah drift sensor
Secara keseluruhan, pampasan sifar hanyut bagi penderia tekanan boleh dibahagikan kepada dua arah: pampasan perkakasan dan pampasan perisian.
Kaedah pampasan sifar perkakasan: Kaedah rintangan malar yang sesuai secara bersiri dan selari pada lengan jambatan: kaedah pampasan termistor lengan jambatan, siri luaran jambatan dan kaedah pampasan termistor selari, teknologi pampasan jambatan dwi, teknologi pampasan transistor, dsb.
Optimumkan reka bentuk litar: Reka bentuk litar yang munasabah boleh mengurangkan kesan drift sensor. Sebagai contoh, penggunaan litar pampasan suhu boleh membetulkan kesan perubahan suhu pada nilai output sensor dan meningkatkan ketepatan dan kestabilan pengukuran. Selain itu, kaedah reka bentuk litar seperti penapisan dan penguatan juga boleh digunakan untuk menghapuskan kesan perubahan bekalan kuasa dan gangguan alam sekitar pada sensor.
Pampasan perisian kaedah sifar hanyut: Dalam proses pemerolehan isyarat, dari masa isyarat pencetus tidak berlaku hingga masa pemerolehan dicetuskan dan selepas pemerolehan selesai, isyarat input adalah sifar dan isyarat keluaran bukan sifar. Data keluaran yang dikumpul ini wujud dalam bentuk hingar rawak, yang tidak bermakna untuk pengiraan dan pemprosesan data. Kami mentakrifkan nilai isyarat yang dikumpul dalam tempoh ini sebagai hanyut sifar.
Kaedah perisian yang digunakan ialah:
Kaedah spesifikasi pemasangan polinomial. Oleh kerana dalam pengukuran sebenar, suhu, tekanan dan kuantiti fizik lain yang diukur oleh penderia tekanan tidak akan mempunyai hubungan linear yang ketat dengan nilai output, hubungan fungsi selalunya dalam bentuk polinomial. Polinomial boleh digunakan untuk memuatkan isyarat tak linear, dan kuncinya adalah untuk menyelesaikan pekalinya.
Kaedah rangkaian saraf RBF. Prinsip asas: Biasanya kaedah formula dalam algoritma perisian pampasan suhu sifar adalah agak kompleks, dan ketepatan pemasangan selalunya terhad. Kaedah rangkaian saraf tiruan mempunyai kelebihan sebilangan kecil sampel, algoritma mudah, keupayaan untuk menganggarkan fungsi sewenang-wenangnya, dan prospek aplikasi yang baik.
Selain itu, kaedah perisian juga termasuk kaedah carian jadual, kaedah interpolasi, dsb.
Untuk mengurangkan kesan hanyut, langkah-langkah berikut boleh diambil:
Menstabilkan suhu: Pastikan penderia dalam keadaan suhu malar sebanyak mungkin untuk mengelakkan kesan turun naik suhu.
Gunakan langkah pampasan suhu: Tambahkan penderia suhu di dalam penderia untuk melakukan pampasan pembetulan dengan mengesan perubahan suhu.
Pilih kaedah ikatan substrat yang sesuai: Kaedah ikatan substrat yang sesuai boleh mengurangkan kesan tegasan mekanikal.
Pilih penguat bebas: Gunakan penguat bebas untuk menguatkan isyarat, yang tidak dipengaruhi oleh faktor luaran lain dan boleh mengurangkan masalah hanyut.
Gunakan teknologi penentukuran automatik: Melalui penentukuran automatik, sensor boleh mengekalkan output yang stabil di bawah suhu, kelembapan dan persekitaran lain yang berbeza.
Pilih penderia ketepatan tinggi: Hanyut penderia ketepatan tinggi adalah kecil, yang boleh mengurangkan kesan.
Memproses data hanyut: Dengan mengumpul data sepanjang tempoh masa dan membuat purata data hanyut, kesan hanyut pada hasil pengukuran dapat dikurangkan.
