机电工程-new董健-final

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1、1.具体实现时，先用我WCT—1P—C可程式高低温试验机对各压敏电阻的环境温度进行变化….?2.上述12种情况中，只可能有一种情况使桥路平衡方程组有解。??根据桥路的对称性，应该是成对解，请作者复核！3.在信号测试中，作者应将不加补偿时与加补偿时的信号测试对比！压阻式冲击硅微机械加速度传感器的温度补偿董健(浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室,杭州,310014)摘要：文中给出了一种压阻式冲击硅微机械加速度传感器的零位温度漂移和灵敏度温度漂移的补偿方法与实现。冲击硅微机械加速度传感器的四个压敏电阻构成惠斯

2、通全桥连接。该方法采用串并联电阻来补偿加速度传感器的零位温度漂移，采用在电源后串联二极管来补偿加速度传感器的灵敏度温度漂移。具体实现时，先采用高低温试验机对各压敏电阻的环境温度进行变化，通过设计的接口检测电路测量出四个压敏电阻阻值随温度变化值。然后用设计的应用软件计算出补偿电阻值、补偿电阻在桥路中的位置以及串联二极管的数量。最后根据计算结果给出了冲击硅微机械加速度传感器实际的信号检测电路。关键词：零位温度漂移，灵敏度温度漂移，补偿，串并联电阻中图分类号：TP212710前言表明冲击加速度传感器是测量侵彻型撞击、工

3、程冲击实验、爆炸实验的核心器件，在航空、电子、汽车以及军事等领域有着重要的应用。采用MEMS工艺制作的冲击硅微机械加速度传感器具有体积小、成本低、批量生产等优点，更具有开发应用的价值。压阻式冲击硅微机械加速度传感器相对于电容式冲击硅微机械加速度传感器具有制作工艺简单，动态响应特性和输出信号线性度好，外围测量电路简单的优点。但是，压阻式冲击硅微机械加速度传感器在承受冲击时坏境温度变化较大，压敏电阻随温度而产生变化，测量信号容易产生温度漂移。因此，压阻式冲击硅微机械加速度传感器的温度补偿在传感器信号测试过程中非常重要

4、，直接影响到传感器的测试精度。本文针对一种全桥连接的压阻式冲击硅微机械加速度传感器，提出了它的零位温度漂移和灵敏度温度漂移的补偿方法和具体实现。根据补偿原理，我们采用在桥路中串并联电阻的方法来补偿加速度传感器零位温度漂移，采用在电源后串联二极管的方法来补偿加速度传感器灵敏度温度漂移。具体实现时，先断开加速度传感器各压敏电阻间的连接线，将加速度传感器放置于WCT—1P—C可程式高低温试验机中，改变加速度传感器的的环境温度，通过设计的接口检测电路单独测量出四个压敏电阻阻值随温度变化值，然后用设计的应用软件计算出补偿电

5、阻值、补偿电阻在桥路中的位置以及串联二极管的数量，再根据计算构建补偿电路。实际测试结果表明，该补偿方法能有效地补偿加速度传感器的温度效应。1冲击微机械加速度传感器的结构[1]压阻式冲击硅微机械加速度传感器的设计版图如图1所示。71在硅片平面内设计了两个分布方向相反结构相同的悬臂梁，每个悬臂梁顶端通过硼扩散形成两个压敏电阻。加速度传感器的敏感方向在硅片平面内，当加速度传感器感受加速度时,悬臂梁弯曲，两个悬臂梁上的四个压敏电阻分别增大和减小。四个电阻通过铝引线与输入输出端相连，在检测电路上构成惠斯通全桥连接，通过测量

6、恒定输入电压下电桥输出电压的变化来测量冲击加速度的值。加速度传感器悬臂梁部分的立体结构如图2所示，在悬臂梁的顶面通过硼扩散形成具有压阻效应的敏感电阻区域，在悬臂梁的两侧外面用深反应离子刻蚀工艺刻出过载保护曲面。图1压阻式冲击硅微机械加速度传感器设计版图图2加速度传感器悬臂梁部分立体示意图1加速度传感器的温度漂移和温度补偿原理1.1加速度传感器的温度漂移压阻式传感器受到温度影响后，会产生零位温度漂移和灵敏度温度漂移。组成电桥的四个扩散电阻的阻值由于制作工艺上的原因不可能制作得完全相等，所以当压力为零时，电桥的输出不

7、为零，这称为传感器的零位输出。扩散电阻的温度系数不可能制作得完全一致，它与扩散时表面杂质浓度有关，表面杂质浓度高时，电阻温度系数小，表面杂质浓度低时，电阻温度系数大。因此，当温度变化时，四个扩散电阻的阻值变化不均匀，零位输出会发生变化，这称为传感器的零位温度漂移。扩散电阻的压阻系数随温度变化而改变，当温度升高时，压阻系数变小，传感器灵敏度要降低；当温度降低时，压阻系数变大，传感器灵敏度要升高，这称为传感器的灵敏度温度漂移。1.2加速度传感器的零位温度漂移补偿原理对传感器的零位温度漂移采用串并联电阻补偿的方法。如图

8、3所示，图中串联在上，并联在上。图3零位温度漂移补偿电路选择温度系数很小的薄膜电阻来作为串并联补偿电阻，即认为和的阻值与温度无关。设，，，与，，，为四个桥臂电阻在低温与高温下的实际值，根据低温和高温下B，D两点的电位应该相等的条件，可得出两个桥路平衡公式[2]如下（1）（2）上述公式只针对串联在上，并联在上的情况。实际上串并联形式共有表1所示12种情况71，相应的桥路平衡