[發明專利]一種半導體微氣壓傳感器測試系統

無效

• 申請號: 201110445801.5
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102564695A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 金仁成;劉光;王曉東;郭文泰;唐禎安
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01L27/00
• 分類號: G01L27/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;關慧貞

技術領域

本發明涉及一種傳感器測試系統，尤其涉及一種半導體微氣壓傳感器測試系統。

背景技術

微氣壓傳感器是用于近大氣壓和真空范圍的絕對氣壓測量的壓力傳感器。壓力傳感器技術發展較快，現已由傳統的結構設計和生產轉向以微電子、微處理和加工為基礎的微結構設計。半導體微氣壓傳感器即是這種技術的產物，它利用半導體材料的各種敏感機理，發展成壓阻式、諧振式和加熱式等多種半導體微氣壓傳感器。

如果要使半導體微氣壓傳感器有良好的工作性能，則需要對其進行高精度高穩定性的標定與測試。根據半導體微氣壓傳感器的自身特點，其測試系統需要滿足以下要求：1.測試系統需要提供多種氣體的測試環境，氣體組分保持穩定；2.氣壓測試范圍較寬；3.氣壓可以程控，產生靜態或動態恒壓環境；4.環境溫度和環境濕度保持穩定；5.傳感器工作溫度穩定；6.環境氣流穩定可控。

發明內容

本發明主要解決原有氣壓傳感器測試系統難以實現真空動態平衡、真空氣體組分不穩定和測試電路單一的技術問題；提供一種適用于半導體微氣壓傳感器的真空測試系統，其真空腔室內氣體組分穩定，氣壓測試范圍較寬，程序控制實現氣壓動態平衡。同時，本發明能夠為待測器件提供四種驅動電路，能夠滿足多種加熱式半導體微氣壓傳感器的測試要求。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：本發明包括微機控制部分和真空獲取部分。微機控制部分包括控制主機、程控電源、驅動電路、測試電路、A/D卡和D/A卡，控制主機控制程控電源，將電壓或電流加載到驅動電路，為待測器件提供四種工作模式，待測器件的響應信號通過測試電路和A/D卡傳遞到控制主機；真空獲取部分包括真空腔室、泵組、質量流量控制器和真空計，真空腔室分別與質量流量控制器和泵組相連，組分穩定的氣體從質量流量控制器流入，從泵組流出，質量流量控制器與D/A卡相連，通過模糊PID控制算法，維持真空腔室內氣壓平衡，真空計用作傳感器標定基準。為了保證測試環境的溫濕度穩定，測試過程可以在具有溫濕度控制的超凈實驗室中進行。

在所述真空腔室內，氣體的動態平衡由以下方法實現：設定好測試所需的氣壓值后，所述泵組開始工作，將真空腔室內氣體抽出，組分穩定的氣體通過MFC流入真空腔室，電離真空計顯示真空腔室內的當前氣壓值；控制主機計算設定氣壓值與當前氣壓值的偏差及其變化趨勢，通過D/A卡控制MFC的進氣量；所述控制算法為模糊PID控制算法，即在大偏差范圍內利用模糊推理的方法進行控制，而在小偏差范圍內轉變成PID控制，可加快響應速度并減小穩態誤差。

作為優選，在所述微機控制部分中，所述驅動電路包括選擇開關、恒壓電路、恒流電路、恒溫電路和恒功率電路，可以為半導體微氣壓傳感器提供四種工作模式，尤其適用于加熱式半導體微氣壓傳感器；所述測試電路包括通道選擇開關、程控放大器、濾波器、單片機和電源管理模塊，用于采集處理待測器件的響應信號；所述程控電源通過控制主機RS232串口控制，為待測器件提供恒定電流及電壓輸出。

作為優選，在所述真空獲取部分中，所述真空腔室為圓筒形，內置平臺放置待測器件，前門設有觀察窗；所述泵組由機械泵和擴散泵組成，分別用于產生低真空環境和高真空環境；所述真空計為電離真空計，測量范圍10^-6Pa～10⁵Pa，用作測試系統中的氣壓標定基準。

本發明的有益效果：

1.所述半導體微氣壓傳感器測試系統通過MFC連接多種進氣源，保證真空腔室內的氣體組分穩定；同時，MFC流量均勻，有利于保持真空腔室內氣流穩定。

2.所述半導體微氣壓傳感器測試系統采用模糊PID控制算法，可加快系統響應速度，提高控制精度，實現真空腔室氣壓的動態平衡。

3.所述半導體微氣壓測試系統為待測器件提供恒流、恒壓、恒溫和恒功率四種驅動電路，尤其適用于加熱式半導體微氣壓傳感器的標定與測試。

附圖說明

圖1是半導體微氣壓傳感器測試系統示意圖，圖中黑色箭頭表示氣流方向，白色箭頭表示電路連接關系。

圖2是半導體微氣壓傳感器測試系統真空獲取部分示意圖。附圖標記說明：低真空閥1、真空腔室2、手動球閥3、一號質量流量控制器4、二號質量流量控制器5、高真空閥6、擴散泵7、前級閥8、機械泵9。

圖3是半導體微氣壓傳感器測試系統微機控制部分驅動電路結構圖。

圖4是半導體微氣壓傳感器測試系統微機控制部分測試電路示意圖。

圖5是半導體微氣壓傳感器測試系統模糊PID控制算法示意圖。