关键词:
MEMS
气压传感器
CDC转换技术
反函数
性能测试
摘要:
在实验室MEMS技术支持下,基于SON结构的电容式气压传感器具有灵敏度高、稳定性好、易于集成等优势,MEMS气压传感器在市场中的应用越来越广泛。当前,MEMS气压传感器测试系统存在结构复杂,测试技术繁琐,微观测试仪器价格昂贵,成本高,检测过程中硬件补偿法难以作到全程有效补偿,且存在补偿电路硬件漂移等诸多问题。在传感器实际生产过程中,MEMS电容式气压传感器性能的好坏,需要反映真实数据的支撑,即需对其性能进行测试。因此,设计一套集供压、检测、采集、分析、显示于一体的MEMS电容式气压传感器性能测试系统具有重要的理论意义和现实应用价值。本文主要工作为MEMS电容式气压传感器性能测试系统的研究与设计。在研究MEMS电容式气压传感器相关理论的基础上,结合当前微气压传感器测试系统的研究现状,明确MEMS电容式气压传感器测试系统的关键技术问题,分析气压的产生、控制与调节以及传感器输出信号的检测、转换与处理。测试系统以STM32F103RCT6作为核心控制器,空气泵和电气比例阀为供、调压设备,XTR111为U/I转换芯片,以电流作为输入控制信号对电气比例阀进行输出气压的控制,在气压设定允许误差范围内,为待测MEMS电容式气压传感器样品提供稳定的气压环境,同时,利用CDC转换技术对传感器输出信号进行检测,采用图形化虚拟仪器编程环境LabVIEW作为开发平台,基于最小二乘法和反函数原理相结合的数据处理方法,实现传感器输出电容信号采集、转换与处理。初步搭建了MEMS电容式气压传感器性能测试系统,通过利用该测试系统,对实验室待测样品的输出特性进行测试,并且对测试数据结果进行分析处理,MEMS电容式气压传感器非线性误差与重复性误差分别为2.28%与4.32%。经过多次实验测试可得,在气压范围10-120kPa内测试系统气压调节相对误差为0.48%,MEMS电容式气压传感器的灵敏度高达.7364?10-4pF/kPa,为以后MEMS电容式气压传感器性能的改进完善提供了基础。