什么原因?qū)е聣毫鞲衅髌疲?/h1>

發(fā)布時間：2024-08-23

分享：

引言：壓力傳感器我們用得很多，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)壓力傳感器使用一段時間就會有漂移現(xiàn)象。是什么原因?qū)е聣毫鞲衅髌频哪兀课覀冊谠O(shè)計(jì)的時候怎么才能消除壓力傳感器漂移呢？

傳感器漂移產(chǎn)生的原因

傳感器漂移是指傳感器輸出值隨時間的推移而發(fā)生變化的現(xiàn)象。這種漂移可能會導(dǎo)致傳感器測量結(jié)果的不準(zhǔn)確性,影響其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性。傳感器漂移產(chǎn)生的原因是多種多樣的，下面將逐一介紹。

1.溫度變化:溫度變化是導(dǎo)致傳感器漂移的常見原因之一。溫度的變化會引|起傳感器元件內(nèi)部材料的膨脹和收縮,進(jìn)而影響傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電特性,導(dǎo)致輸出值發(fā)生漂移。例如，溫度升高會使電阻傳感器的電阻值增加,從而導(dǎo)致輸出值偏高。

2.電源變化:傳感器的輸出值受到供電電壓的影響,當(dāng)供電電壓發(fā)生變化時,傳感器的輸出值也會發(fā)生變化。這是因?yàn)楣╇婋妷旱淖兓瘯?dǎo)致傳感器內(nèi)部電路的工作狀態(tài)發(fā)生改變,進(jìn)而影響輸出信號的幅值和穩(wěn)定性。

3.長期使用:長期使用也是傳感器漂移的一個重要原因。在使用過程中,傳感器可能會受到機(jī)械、化學(xué)或熱脹冷縮等因素的影響,導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,進(jìn)而引起輸出值的漂移。此外,傳感器還可能受到振動、沖擊等外部環(huán)境因素的影響,進(jìn)一步加劇漂移現(xiàn)象。

4.傳感器老化:隨著時間的推移,傳感器的性能可能會逐漸下降,出現(xiàn)漂移現(xiàn)象。這是因?yàn)閭鞲衅鲀?nèi)部的材料和元件會隨著使用時間的增加而老化,導(dǎo)致其物理特性發(fā)生變化。例如,傳感器內(nèi)部的電解質(zhì)會逐漸流失,導(dǎo)致其靈敏度和穩(wěn)定性下降，進(jìn)而引|起輸出值的漂移。

5.環(huán)境影響:傳感器的漂移還可能受到環(huán)境因素的影響。例如，氣壓、濕度、光照等環(huán)境因素的變化都可能導(dǎo)致傳感器輸出值的漂移。這是因?yàn)榄h(huán)境因素的變化會改變傳感器與待測物體的相互作用,進(jìn)而影響傳感器的測量精度和穩(wěn)定性。

“壓力傳感器發(fā)展的初期，擴(kuò)散硅芯片和金屬基座之間用玻璃粉封接，缺點(diǎn)是壓力芯片的周圍存在著較大的應(yīng)力，即使經(jīng)過退火處理，應(yīng)力也不能完全消除。當(dāng)溫度發(fā)生變化時，由于金屬、玻璃和擴(kuò)散硅芯片熱澎脹系數(shù)的不同，會產(chǎn)生熱應(yīng)力，使傳感器的零點(diǎn)發(fā)生漂移。這就是為什么傳感器的零點(diǎn)熱漂移要比芯片的零點(diǎn)熱漂移大得多的原因。采用銀漿和接線柱焊接，處理不好，容易造成接點(diǎn)電阻不穩(wěn)定。特別是在溫度發(fā)生變化時，接觸電阻更易變化，這些因素是造成傳感器零點(diǎn)時漂、溫漂大的原因。

零點(diǎn)熱漂移產(chǎn)生原因的半導(dǎo)體理論分析：只有當(dāng)電阻的摻雜濃度和阻值一致時才能使電橋的零點(diǎn)輸出電壓小，零點(diǎn)熱漂移也小，這對提高傳感器的性能十分有利。但是擴(kuò)散時摻雜分布不易做到均勻，因此要求壓敏電阻條越接近越好，越短越好。

零點(diǎn)熱漂移產(chǎn)生原因的電路分析：理想情況下，組成惠斯通電橋的四個擴(kuò)散電阻的阻值應(yīng)該是相等的。零點(diǎn)溫度漂移的產(chǎn)生是由于擴(kuò)散電阻值隨溫度變化引起的。在一定的溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度的上升而增加，即擴(kuò)散電阻的溫度系數(shù)R為正值。”

此圖為惠斯通電橋損傷的傳感器

漂移問題的解決方法

從整體上來分，壓力傳感器的零點(diǎn)漂移補(bǔ)償可分為硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償兩大方向。

1.硬件零點(diǎn)補(bǔ)償方法：

在橋臂上串、并聯(lián)恰當(dāng)恒定電阻法：橋臂熱敏電阻補(bǔ)償法，橋外串、并聯(lián)熱敏電阻補(bǔ)償法，雙電橋補(bǔ)償技術(shù)，三極管補(bǔ)償技術(shù)等。

優(yōu)化電路設(shè)計(jì):合理的電路設(shè)計(jì)可以減小傳感器漂移的影響。例如,采用溫度補(bǔ)償電路可以校正溫度變化對傳感器輸出值的影響,提高測量精度和穩(wěn)定性。此外，還可以采用濾波、放大等電路設(shè)計(jì)手段來消除電源變化和環(huán)境干擾對傳感器的影響。

2.軟件補(bǔ)償零點(diǎn)漂移方法：在信號采集過程中，在觸發(fā)信號未發(fā)生到觸發(fā)采集以及在采集結(jié)束后的這些時間段里，輸入的信號為零，輸出的信號不為零，這種采集到的輸出數(shù)據(jù)以隨機(jī)噪聲的形式存在，對于數(shù)據(jù)的計(jì)算與處理是沒有意義的。我們定義這段時間里采集到的信號值稱之為零點(diǎn)漂移。

所采取的軟件方法有：

多項(xiàng)式擬合規(guī)范法。由于在實(shí)際測量中，壓力傳感器所測量的溫度、壓力等物理量不會與輸出值是嚴(yán)格的線性關(guān)系，因此其函數(shù)關(guān)系常是多項(xiàng)式形式。多項(xiàng)式可用于非線性信號的擬合，關(guān)鍵在于求解其各項(xiàng)系數(shù)。

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。基本原理：通常零點(diǎn)溫度補(bǔ)償軟件算法中公式法比較復(fù)雜，擬合精度常會受到限制。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有使用的樣本數(shù)少、算法簡單、具有任意函數(shù)逼近能力、應(yīng)用前景良好。

此外軟件法還包括查表法、插值法等。

為降低漂移的影響,可以采取以下措施:

1.穩(wěn)定溫度：盡量使傳感器處于恒溫狀態(tài)，避免溫度波動造成影響。

2.采用溫度補(bǔ)償措施：在傳感器內(nèi)部加入溫度傳感器，通過對溫度變化的感知，進(jìn)行修正補(bǔ)償。

3.選擇適合的基底粘合方法：合適的基底粘合方法可以減少機(jī)械應(yīng)力的影響。

4.選擇獨(dú)立放大器：采用獨(dú)立放大器將信號放大，不受其他外部因素影響，可以減少飄移問題。

5.采用自動校準(zhǔn)技術(shù)：通過自動校準(zhǔn)，使傳感器在不同溫度、濕度等環(huán)境下都能保持穩(wěn)定的輸出。

6.選擇高精度傳感器：高精度傳感器的飄移小，可以減少影響。

7.對飄移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：通過采集一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)，對飄移數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，可以減少飄移對測量結(jié)果的影響。

聲明

本文來自公眾號【SENSOR小葉】，全文均為轉(zhuǎn)載，如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。