(工程測試與信號處理課件5集成化智能傳感器(編輯修改稿)
2025-02-26 21:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)引起了可旋轉(zhuǎn)梁與硅底間的電容量變化，即△旋轉(zhuǎn)速度 =△電容量。 其 MEMS照片如左圖。 X軸加速度傳感器在汽車運(yùn)動時使傳感器中間懸浮可動板因加速度的作用而發(fā)生左右位移，左右位移引起中間可動板與左右固定板間的電容量變化，即△加速度 =△電容量。其 MEMS照片如左圖。 x軸加速度傳感器： 集成化智能傳感器 （ 2）結(jié)構(gòu)一體化。壓阻式壓力（差）傳感器是最早實(shí)現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu)的。傳統(tǒng)的應(yīng)變式壓力（差）傳感器的做法是先分別由宏觀機(jī)械加工金屬圓膜片與圓柱狀環(huán)，然后將兩者粘貼形成周邊固支結(jié)構(gòu)的“金屬環(huán)”，再在圓膜片上粘貼電阻應(yīng)變片而構(gòu)成壓力（差）傳感器，這就不可避免的存在蠕變、遲滯、非線性等誤差。采用微機(jī)械加工和集成化工藝，不僅彈性敏感元件“硅杯”一次整體成型，而且電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）和硅杯是完全一體化的。進(jìn)而可在硅杯非受力區(qū)制作調(diào)理電路、微處理器單元，甚至微執(zhí)行器，從而實(shí)現(xiàn)不同程度乃至整個系統(tǒng)的一體化。 集成化智能傳感器 （ 3）高精度。傳感器結(jié)構(gòu)一體化后，遲滯、重復(fù)性指標(biāo)將大大改善，時間漂移大大減小，精度提高。后續(xù)信號調(diào)理電路與敏感元件一體化后還可大大減小由引線長度帶來的寄生參量的影響，這對電容式傳感器更有特別重要的意義。 （ 4）多功能。由于敏感元件結(jié)構(gòu)的微型化（微米級），這有利于在同一片硅片上制作不同功能的多個傳感器，實(shí)現(xiàn)多功能測量。如 20世紀(jì) 80年代初期 Honeywell 公司生產(chǎn)的ＳＴ ３０００型智能壓力（差）和溫度變送器，就是在一塊硅片上制作了感受壓力、壓差及溫度三個參量的、具有三種功能（測壓力、壓差、溫差）的敏感元件結(jié)構(gòu)的傳感器。這樣，不僅增加了傳感器的功能，而且可以通過采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)消除交叉靈敏度影響，提高傳感器的穩(wěn)定性和精度。 集成化智能傳感器 （ 5）陣列化。傳感器的微加工技術(shù)（微米級）已可以在 1cm 2大小的硅片上制作含有幾千個壓力傳感器陣列，如集成化應(yīng)變計(jì)式面陣列觸覺傳感器，在 8mm 8mm 的硅片上制作了 1024個 （ 32 32） 敏感觸點(diǎn)（橋），基片四周還制作了信號處理電路，其元件總數(shù)約 16000個。敏感元件陣列化后，配合相應(yīng)圖像處理軟件，可以實(shí)現(xiàn)圖像成像且構(gòu)成多維圖像傳感器。這時的智能傳感器就達(dá)到了它的最高級形式。 敏感元件組成陣列后，通過計(jì)算機(jī) /微處理器解耦運(yùn)算、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，有利于消除傳感器的時變誤差和交叉靈敏度的不利影響，可提高傳感器的可靠性、穩(wěn)定性與分辨能力。 (6)全數(shù)字化。微機(jī)械加工技術(shù)可以制作各種形式的微結(jié)構(gòu)，其固有諧振頻率可以設(shè)計(jì)成某種物理參量（如溫度或壓力等）的單值函數(shù)，因此，可以通過檢測其諧振頻率來檢測被測物理量。這種諧振式傳感器，直接輸出數(shù)字量（頻率）。其性能極為穩(wěn)定，精度高，不需 A/D轉(zhuǎn)換器便能與微處理器方便的接口。省去 A/D轉(zhuǎn)換器后，對于節(jié)省芯片面積、簡化集成化工藝均十分有利。 集成化智能傳感器 3. 混合實(shí)現(xiàn) 根據(jù)需要和可能，將系統(tǒng)各個集成化環(huán)節(jié)，如敏感元件、信號調(diào)理電路、微處理單元、數(shù)字總線接口等，以不同的組合方式集成在兩塊或三塊芯片上，并裝在一個外殼里，圖示為幾種混合集成方式。 上 位 計(jì) 算 機(jī)總 線 接 口微 處 理 器單 元（ 智 能 ）信 號 調(diào) 理電 路集 成 化敏 感 單 元總 線 接 口集 成 化敏 感 單 元總 線 接 口（ 智 能 ）信 號 調(diào) 理電 路微 處 理 器單 元信 號 調(diào) 理電 路微 處 理 器單 元集 成 化敏 感 單 元總 線 接 口微 處 理 器單 元信 號 調(diào) 理電 路集 成 化敏 感 單 元外 殼芯 片（ a ）( b )( c )( d ) 四 、 幾種單片智能傳感器介紹 1. SHT11/15型單片智能傳感器 SHT11和 SHT15是瑞士森士瑞 (Sensirion)公司于 2023年推出的兩種超小型
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