Введение: Мы используем много датчиков давления, и мы часто обнаруживаем, что датчики давления будут дрейфовать после периода использования. Что заставляет датчик давления дрейфовать? Как мы можем устранить дрейф датчика давления во время дизайна?
Причины дрейфа датчика
Дриф с датчиком относится к явлению, что выходное значение датчика меняется с течением времени. Этот дрейф может вызвать неточные результаты измерения датчика, влияет на его надежность и стабильность в практических приложениях. Есть много причин для дрейфа датчика, который будет представлен один за другим ниже.
Изменение температуры: Изменение температуры является одной из распространенных причин дрейфа датчика. Изменения температуры могут вызвать расширение и сокращение материала внутри элемента датчика, что, в свою очередь, влияет на механическую структуру и электрические характеристики датчика, вызывая выходное значение дрейфовать. Например, Повышение температуры увеличит значение сопротивления датчика резистора, в результате более высокого выходного значения.
Изменения источника питания: Выходное значение датчика влияет на напряжение питания. Когда изменяется напряжение питания, Выходное значение датчика также изменится. Это связано с тем, что изменения в напряжении питания приведут к изменению рабочего состояния внутренней схемы датчика, что, в свою очередь, влияет на амплитуду и стабильность выходного сигнала.
Долгосрочное использование: Долгосрочное использование также является важной причиной дрейфа датчика. Во время использования, на датчик может быть затронут механический, Химическое или тепловое расширение и факторы сокращения, вызывая изменения во внутренней структуре, что, в свою очередь, приводит к дрейфу выходного значения. Кроме того, На датчик также может влиять внешние факторы окружающей среды, такие как вибрация и воздействие, Дальнейшее усугубление явления дрейфа.
Старение датчика: Через некоторое время, производительность датчика может постепенно снижаться, и может произойти дрейф. Это связано с тем, что материалы и компоненты внутри датчика будут возрастать с увеличением времени использования, вызывая изменения его физических свойств. Например, Электролит внутри датчика будет постепенно истощать, вызывая его чувствительность и стабильность уменьшения, что, в свою очередь, приводит к дрейфу выходного значения.
Экологическое влияние: Дриф датчика также может зависеть от факторов окружающей среды. Например, Изменения в факторах окружающей среды, такие как давление воздуха, влажность, и свет может привести к дрейфу выходного значения датчика. Это связано с тем, что изменения в факторах окружающей среды изменят взаимодействие между датчиком и объектом, который должен быть измерен, тем самым влияет на точность измерения и стабильность датчика.
В первые дни развития датчиков давления, Стеклянный порошок использовали для герметизации диффузированного кремниевого чипа и металлического основания. Недостатком было то, что вокруг чипа давления было большое напряжение, и даже после отжига, стресс не может быть полностью устранен. Когда температура меняется, Из -за различных коэффициентов термического расширения металла, Стеклянные и рассеянные кремниевые чипсы, тепловое напряжение будет сгенерировано, вызывая ноль точки датчика. Вот почему тепловой дрейф с нулевой точкой датчика намного больше, чем тепловой дрейф с нулевой точкой чипа. Если серебряная паста и терминальная сварка не обрабатываются должным образом, легко вызвать нестабильную контактную сопротивление. Особенно при изменении температуры, Контактное сопротивление с большей вероятностью изменится. Эти факторы являются причиной большого дрейфа с нулевой точкой и дрейфа температуры датчика.
Анализ теории полупроводников причины теплового дрейфа с нулевой точкой: Только когда концентрация допинга и значение сопротивления резистора согласованы, может быть небольшим выходным напряжением моста с нулевой точкой, а тепловой дрейф с нулевой точкой также невелик, что очень полезно для повышения производительности датчика. Однако, Нелегко достичь равномерного распределения легирования во время диффузии, Таким образом, полосы варистора должны быть как можно ближе и как можно более короткие.
Анализ схемы причины теплового дрейфа нулевой точки: В идеале, Значения сопротивления четырех диффузированных резисторов, которые составляют мост Уитстоун, должны быть равны. Дрейф температуры нулевой точки вызван изменением значения диффузированного резистора с температурой. В пределах определенного температурного диапазона, значение сопротивления увеличивается с повышением температуры, то есть, температурный коэффициент r диффузированного резистора является положительным.
Решения проблем дрейфа датчика
Общий, Ноль дрейфой компенсации датчиков давления можно разделить на два направления: компенсация оборудования и компенсация программного обеспечения.
Метод компенсации аппаратного ноль: Соответствующий метод постоянного сопротивления последовательно и параллельно на руке моста: Метод компенсации мостового рычага, Bridge Внешние серии и метод компенсации параллельной термистора, Технология компенсации двойного моста, Технология компенсации транзистора, и т. д..
Оптимизировать конструкцию схемы: Разумная конструкция схемы может уменьшить влияние дрейфа датчика. Например, Использование цепи компенсации температуры может исправить влияние изменений температуры на выходные значения датчика и повысить точность и стабильность измерения. Кроме того, Методы конструкции схемы, такие как фильтрация и амплификация, также могут использоваться для устранения влияния изменений питания и помех окружающей среды на датчики.
Компенсация программного обеспечения.: В процессе сбора сигнала, С момента, когда сигнал триггера не происходит до того времени, когда срабатывание запускается и после завершения приобретения, Входной сигнал равен нулю, а выходной сигнал не нулевой. Эти собранные выходные данные существуют в виде случайного шума, который не имеет смысла для расчета и обработки данных. Мы определяем значение сигнала, собранное в течение этого периода как нулевой дрейф.
Принятые методы программного обеспечения:
Метод спецификации полинома. Поскольку в фактическом измерении, температура, Давление и другие физические величины, измеренные датчиком давления, не будут иметь строгого линейного отношения с выходным значением, Функциональные отношения часто в форме полинома. Полиномы могут быть использованы для соответствия нелинейным сигналам, и ключ - решить их коэффициенты.
Метод нейронной сети RBF. Основной принцип: Обычно метод формулы в алгоритме программного обеспечения для компенсации по нулевой температуре является относительно сложным, и точность подгонки часто ограничена. Метод искусственной нейронной сети имеет преимущества небольшого количества образцов, простой алгоритм, способность приближать произвольные функции, и хорошие перспективы приложения.
Кроме того, Метод программного обеспечения также включает в себя метод поиска таблиц, Метод интерполяции, и т. д..
Чтобы уменьшить влияние дрейфа, Следующие меры могут быть приняты:
Стабилизировать температуру: Держите датчик в постоянном состоянии температуры как можно больше, чтобы избежать воздействия колебаний температуры.
Использовать меры температурной компенсации: Добавить датчик температуры внутри датчика, чтобы выполнить компенсацию по коррекции путем изменений температуры измерения.
Выберите подходящий метод соединения подложки: Подходящий метод соединения подложки может уменьшить влияние механического напряжения.
Выберите независимый усилитель: Используйте независимый усилитель для усиления сигнала, которые не влияют другие внешние факторы и могут уменьшить проблемы с дрейфом.
Используйте технологию автоматической калибровки: Через автоматическую калибровку, Датчик может поддерживать стабильный выход при различной температуре, влажность и другие среды.
Выберите датчик с высокой степенью: Дрейф датчика высокого определения маленький, который может уменьшить воздействие.
Обработать данные дрейфа: Собрав данные в течение определенного периода времени и усреднения данных о дрейфе, Влияние дрейфа на результаты измерения может быть уменьшено.
