一种硅压阻式压力传感器温度补偿算法及软件实现

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1、一种硅压阻式压力传感器温度补偿算法及软件实现　　摘要：硅压阻式压力传感器的零点温度漂移和灵敏度温度漂移是影响传感器性能的主要因素之一，如何能使该类误差得到有效补偿对于提高其性能很有意义。通过对硅压阻式压力传感器建立高阶温度补偿模型进行温度误差补偿是一种有效的方法，并在该模型基础上给出了拟合系数计算方法，并用MatlabGUI软件来实现温度补偿系数计算，进而实现传感器输出的动态温补，达到了很好的输出线性性。实验结果表明，补偿后传感器输出的非线性误差小于0.5%F.S。关键词：硅压阻式压力传感器；温度补偿系数；温度补偿算法；温度补偿模型：TN389?34；TP212：A：1004?373X（201

2、3）12?0018?03硅压阻式压力传感器利用半导体材料的压阻效应来进行压力测量，以其体积小、灵敏度高、工艺成熟等优点，在各行业中得到了广泛应用[1]。实际工程应用中由于硅材料受温度的影响，导致零点漂移和灵敏度漂移，因此温度补偿问题是提高传感器性能的一个关键环节。目前压力传感器主要有两种温度补偿方法：硬件补偿和软件补偿。硬件补偿方法存在调试困难、精度低、成本高、通用性差等缺点，不利于工程实际应用；利用数字信号处理技术的软件补偿能够克服以上缺点，也逐渐成为研究热点[2]。目前软件补偿的方法主要有：查表法、二元插值法[3]、BP神经X络法[4?5]、小波神经X络方法[6]、曲线曲面拟合方法等。查表

3、法需要占用很大内存空间，而神经X络方法存在X络不稳定、训练时间较长的缺点不利于工程应用。在研究各类软件补偿方法的基础上对压力传感器采用建立高阶温度补偿模型进行温度误差补偿，并且在MatlabGUI软件平台下实现高阶温度补偿系数的计算，通过实验对该方法进行验证。1高阶温度补偿模型的建立1.1高阶温度补偿建模压力传感器输出非线性误差主要是由零点温度漂移和灵敏度温度漂移产生，零点温度漂移是由于电阻掺杂不同而导致电阻的温度系数不同，灵敏度温度漂移主要由于压阻系数易随温度的升高而减少。针对温度对传感器输出影响，采用对零点温度漂移和灵敏度漂移建立高阶补偿模型进行统一补偿，补偿后压力值[PressT]表示为

4、温度传感器电压输出[VT]和压力传感器电压输出[VP]的函数：对压力传感器进行全温段实验，计算出拟合系数存放在数字补偿电路的E2PROM中。压力传感器输出电压值[VP]和温度传感器输出电压值[VT]通过A/D转换输出串行信号经过串并转换电路送到DSP运算电路中，DSP运算电路根据式（2）进行计算。最后补偿后结果通过并串转换电路输出，从而实现压力传感器实时数字温度补偿。1.3高阶温度补偿系数计算过程（4）对调整后系数矩阵C重复步骤（2）进行判断，直至所有系数矩阵中系数值都在范围内，则调整结束，保存系数矩阵。拟合系数通过上述方法可以以统一的数据格式进行存放，方便在DSP硬件平台上实现动态数字温度补

5、偿，在一定程度上可以减少硬件运算量。系数调整过程还需要根据具体情况设定系数范围，在能够保证传感器输出线性性的情况下，系数范围越小在硬件上越容易实现。2软件设计与实现由上述分析可知，数字补偿电路对传感器进行动态温度补偿时，必须先求出高阶温度补偿拟合系数。采用Matlab2012a作为软件平台，利用Matlab图形用户界面（GUI）编程实现压力传感器高阶温度补偿系数计算。GUI是Matlab为用户提供的ATie?hua.Theresearchoftemperaturepensationtechnologyofhigh?temperaturepressuresensor[J].Electronica

6、ndMechanicalEngineeringandInformationTechnology，2011，5：2267?2270.[9]SUNYi?cai，GAOZhen?bin，TIANLi?qiang，etal.Modellingofthereversecurrentanditseffectsonthethermaldriftoftheoffsetvoltageforpieresistivepressuresensors[J].SensorandActuatorsA，2004，116：125?132.[10]罗云飞.MatlabGUI设计学习手记[M].北京：北京航空航天大学出版社，201

7、1.