硅壓阻式壓力傳感器利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)來進行壓力測量，以其體積小、靈敏度高、工藝成熟等優(yōu)點，在各行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。實際工程應(yīng)用中由于硅材料受溫度的影響，導(dǎo)致零點漂移和靈敏度漂移，因此溫度補償問題是提高傳感器性能的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前壓力傳感器主要有兩種溫度補償方法：硬件補償和軟件補償。硬件補償方法存在調(diào)試困難、精度低、成本高、通用性差等缺點，不利于工程實際應(yīng)用;利用數(shù)字信號處理技術(shù)的軟件補償能夠克服以上缺點，也逐漸成為研究熱點。
1.高階溫度補償建模
壓力傳感器輸出非線性誤差主要是由零點溫度漂移和靈敏度溫度漂移產(chǎn)生，零點溫度漂移是由于電阻摻雜不同而導(dǎo)致電阻的溫度系數(shù)不同，靈敏度溫度漂移主要由于壓阻系數(shù)易隨溫度的升高而減少。針對溫度對傳感器輸出影響，采用對零點溫度漂移和靈敏度漂移建立高階補償模型進行統(tǒng)一補償，補償后壓力值 Press(T )表示為溫度傳感器電壓輸出VT 和壓力傳感器電壓輸出VP 的函數(shù)：
將 Press(T ) 補償轉(zhuǎn)換成曲面擬合問題，采用高階多項式擬合方法構(gòu)造曲面方程：
式中系數(shù)矩陣中元素CI,J 是式(2)中VP VT 項對應(yīng)系數(shù)。
對壓力傳感器進行全溫段實驗，得出壓力傳感器靜態(tài)輸出特性，應(yīng)用上述模型計算擬合系數(shù)。
2 高階溫度補償過程
在實際工程應(yīng)用中，傳感器輸出電路可采用以DSP為核心運算電路進行動態(tài)溫度補償?shù)姆椒▉韺崿F(xiàn)實時數(shù)字溫度補償，具體電路如圖1 所示：整個電路由A/D轉(zhuǎn)換電路、DSP 運算電路、串并轉(zhuǎn)換電路、并串轉(zhuǎn)換電路、E2RPOM等5部分組成。
對壓力傳感器進行全溫段實驗，計算出擬合系數(shù)存放在數(shù)字補償電路的E2PROM 中。壓力傳感器輸出電壓值VP 和溫度傳感器輸出電壓值VT 通過A/D轉(zhuǎn)換輸出串行信號經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換電路送到DSP運算電路中，DSP運算電路根據(jù)式(2)進行計算。最后補償后結(jié)果通過并，串轉(zhuǎn)換電路輸出，從而實現(xiàn)壓力傳感器實時數(shù)字溫度補償。
3 高階溫度補償系數(shù)計算過程
由于不同壓力傳感器動態(tài)特性不同，采用高階補償模型計算出擬合系數(shù)也有差異。為了保證動態(tài)溫度補償在硬件上方便實現(xiàn)，減少硬件運算量，必須先求出擬合系數(shù)并進行適當(dāng)調(diào)整，使擬合系數(shù)以統(tǒng)一格式存放。
以擬合系數(shù)范圍在小數(shù)點前6 位小數(shù)后3 位為例，即{-999 999.999,999 999.999}范圍，步驟如下：
(1)構(gòu)造高階多項式，根據(jù)靜態(tài)實驗數(shù)據(jù)用高階溫度補償模型進行擬合，計算出擬合系數(shù)矩陣C.
(2)判斷擬合系數(shù)矩陣C 系數(shù)是否在范圍內(nèi)：如果所有系數(shù)值在范圍內(nèi)，擬合過程結(jié)束;當(dāng)系數(shù)值不在范圍內(nèi)，記錄擬合系數(shù)下標(biāo)值。取絕對值最大的一項CI,J (max) ,CI,J (max) 取絕對值與999 999.999相除取整得到調(diào)整系數(shù)N.
(3)重新構(gòu)造高階多項式，針對步驟(1)中計算出系數(shù)值不在范圍內(nèi)對應(yīng)位置項的系數(shù)置0得缺項多項式，重新根據(jù)靜態(tài)實驗數(shù)據(jù)進行擬合，求系數(shù)矩陣C1.根據(jù)N 對系數(shù)矩陣進行調(diào)整，調(diào)整后系數(shù)矩陣C =[C + C1N]/(N + 1)。
(4)對調(diào)整后系數(shù)矩陣C 重復(fù)步驟(2)進行判斷，直至所有系數(shù)矩陣中系數(shù)值都在范圍內(nèi)，則調(diào)整結(jié)束，保存系數(shù)矩陣。
擬合系數(shù)通過上述方法可以以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式進行存放，方便在DSP 硬件平臺上實現(xiàn)動態(tài)數(shù)字溫度補償，在一定程度上可以減少硬件運算量。系數(shù)調(diào)整過程還需要根據(jù)具體情況設(shè)定系數(shù)范圍，在能夠保證傳感器輸出線性性的情況下，系數(shù)范圍越小在硬件上越容易實現(xiàn)。
4 硅壓阻式壓力傳感器溫度補償分析
采用高階溫度補償方法對硅壓阻式壓力傳感器的零點漂移和靈敏度漂移進行統(tǒng)一補償。由實驗數(shù)據(jù)可知，這種方法可以對硅壓阻式壓力傳感器溫度補償效果明顯，能夠很好的提高壓力傳感器的輸出線性性，通過硬件可以實現(xiàn)傳感器實時數(shù)字溫度補償，具有一定的工程應(yīng)用價值，值得我們學(xué)習(xí)。但是這種方法也存在某些不足：對于實驗數(shù)據(jù)離散量比較大的情況下，高階溫度補償模型會對個別數(shù)據(jù)點補償效果不理想。針對這個問題可以采用插值法和引入權(quán)函數(shù)方法結(jié)合起來進行進一步改進，爭取進一步完善。
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