便携式硅谐振式压力传感器数据采集系统.pdf

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1、2013年仪表技术与传感器2013第11期InstrumentTechniqueandSensorNo．11便携式硅谐振式压力传感器数据采集系统朱霄波，苑伟政，任森(西北工业大学，空天微纳系统教育部重点实验室，陕西西安710072)摘要：针对硅谐振式压力传感器的使用需要，设计了一种基于FPGA平台的便携式数据采集系统。在分析传感器工作原理的基础上，提出使用等精度测频法实现对传感器输出信号的高精度采集，并搭建了基于LabVIEW的自动测试平台。通过与标准频率计对硅谐振式压力传感器进行的对比测试表明，系统平均相对误差优于0．001％，能够满足使用需要，且大幅了减小系统体积，

2、为智能化传感器和压力测量系统的搭建开发提供了平台。关键词：谐振式；压力传感器；数据采集中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)11—0001—03PortableDataAcquisitionSystemforSiliconResonantPressureSensorZHUXiao—bo，YUANWei—zheng，RENSen(KeyLaboratoryofMicro／NanoSystemsforAerospace，MinistryofEducation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’

3、811710072，China)Abstract：AFPGA—basedportabledataacquisitionsystemwasdesignedfortheapplicationofsiliconresonantpressuresensor．Afteranalyzingtheprincipleofresonantpressuresensor，anequalprecisionfrequencymethodwasproposedtomeasuretheoutputofthesensorandanautomationtestplatformwasestablished

4、basedonLabVIEW．Comparisonexperimentresultwithastandardfre—quencycounterindicatesthattheaveragerelativeerrorisbetterthan0．001％whichsatisfiedthedemand．Itdrasticallysimplifiesthesystemandprovidesaplatformforfuturesmartsensorandpressuremeasurementsystemdevelopment．Keywords：resonant；pressures

5、ensor；dataacquisition0引言感膜片，A为锚点，B和C为电容梳齿式谐振器。传感器的设压力是一种工业中常见的测量指标，因此，压力传感器在计量程为0～280kPa，采用静电交叉驱动，电容检测。由于耦航空、航天、航海、大气、计量等领域具有广泛的应用。近年来，合信号和电噪声信号的存在，采用调制解调方式提高系统信噪随着对压力传感器小型化、高精度和低成本要求的提高，基于比。A1、A2为载波施加锚点，B1、B2为静电差分检测梳齿，c1、硅制造的微型高精度压力传感器得到了越来越广泛的重视。C2为驱动梳齿，分别施加带偏置的反向交流电压。硅谐振式压力传感器是目前精度较高的

6、一种压力传感器lJ，通硅谐振式压力传感器采用自动电平控制技术(AGC)实现常作为压力校准器的基准源。的闭环电路。根据巴克豪森准则J，传感器若需要稳定地实现目前，对硅谐振式压力传感器的研究主要集中在芯体结构闭环，必须满足以下幅值和相位条件：分析l2]、制造工艺优化和控制电路设计上，但对整体的压IAFI=1力检测系统缺乏较为深入的研究。对传感器的测试和使用往(AF)=2n1T，n∈N(1)往还是依靠传统的检测仪器，这大大削弱了硅谐振式压力传感A：lA2A3器小型化的优势，也不利于传感器的智能化研究。因此，提出F=FlF2F3了一种基于FPGA的硅谐振式压力传感器数据采集系统

7、，为智式中：A和F分别为图1中前向支路和反馈支路的增益。能化传感器和压力测量系统搭建开发提供了平台。对于闭环系统而言，相位平衡是必要条件，也是决定传感1硅谐振式压力传感器基本原理器精度的关键因素之一。1．1传感器组成传感器的最终输出信号为正弦信号，幅值为3V，以便于后硅谐振式压力传感器由谐振器、敏感膜片和信号调理电路端数据采集系统集成，搭建压力变送器测量系统。图2为传感3部分组成，其基本原理是通过敏感膜片感知外界压力，从而改器在常温(25℃)常压(99．6kPa)下的调制域测试结果，可以变谐振器梁的刚度，造成谐振器固有谐振频率的变化，并采