[發(fā)明專利]用于高速公路路基內(nèi)部壓力檢測(cè)的壓阻式傳感器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210374699.9
• 申請(qǐng)日: 2012-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102865951A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文棟;桑勝波;李朋偉;孫永嬌;胡杰;李剛;鄧霄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/18
• 分類號(hào): G01L1/18;G01L1/26
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種自動(dòng)校正零點(diǎn)偏移和溫度漂移的用于高速公路路基內(nèi)部壓力檢測(cè)的壓阻式傳感器。

背景技術(shù)

高速公路結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)是保證公路安全運(yùn)營(yíng)的重要手段，其中壓力是一個(gè)非常重要的參數(shù)，其值的測(cè)定需要用到壓力傳感器，壓力傳感器是一種能把物理量壓力的變化轉(zhuǎn)變成利于利用的電信號(hào)電壓變化的器件。隨著信息處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳感器作為各種控制系統(tǒng)的前端單元，越來(lái)越重要。傳感器技術(shù)快速發(fā)展，其背后巨大的市場(chǎng)需求是發(fā)展的主要推動(dòng)力量。以半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)為原理制成的半導(dǎo)體力敏傳感器因具有體積小、性能高、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。從民用領(lǐng)域的汽車和消費(fèi)類電子到軍用領(lǐng)域，壓阻式傳感器都在其中扮演著重要的角色。但是由于其利用散射技術(shù)形成的電橋阻值易隨溫度改變，對(duì)周圍環(huán)境溫度的敏感性很高，導(dǎo)致壓力傳感器的熱靈敏度漂移和零點(diǎn)漂移，限制了該類器件準(zhǔn)確度的提高和應(yīng)用，溫度漂移是決定半導(dǎo)體壓力傳感器的關(guān)鍵指標(biāo)。因此，隨著壓阻式傳感器在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的拓展與加深，提高性能的同時(shí)，應(yīng)該保證壓阻式傳感器工作的精確性，必須對(duì)封裝后的傳感器進(jìn)行溫度漂移補(bǔ)償，例如，壓阻式傳感器在生產(chǎn)工藝過(guò)程中難免存在一些誤差，從而產(chǎn)生輸出的偏差，壓阻式傳感器電路的自動(dòng)校正零點(diǎn)偏移功能可以對(duì)傳感器的輸出提供較為精準(zhǔn)的修正。高速公路路基結(jié)構(gòu)里的溫度變化很大，還會(huì)腐蝕破壞傳感器，必須采取措施對(duì)傳感器進(jìn)行有效保護(hù)，并且如果不采取溫度補(bǔ)償測(cè)量結(jié)果將誤差很大，對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)提出了耐高低溫、抗腐蝕等要求。高速公路監(jiān)測(cè)過(guò)程中除車流量帶給壓力傳感器的壓力外，還要承受來(lái)自路基結(jié)構(gòu)的壓力，因此結(jié)構(gòu)中含水量的多少對(duì)其影響也比較大，如何區(qū)分結(jié)構(gòu)壓力和車載壓力是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。

目前提供的技術(shù)為：一般壓阻式壓力傳感器接口電路中，都采用儀表放大器來(lái)放大差模電壓，而儀表放大器沒(méi)有自動(dòng)清除壓阻式壓力傳感器零點(diǎn)偏移電壓和抑制溫度引起的漂移的功能，引起測(cè)量靈敏度和測(cè)量結(jié)果的誤差；不能區(qū)分公路結(jié)構(gòu)和車流量的壓力，而且儀表放大器也不能提供壓力傳感器需要的恒流源或恒壓源。

現(xiàn)有的解決方案一般都是靠手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式，浪費(fèi)人力物力，而且手動(dòng)調(diào)節(jié)以后，因?yàn)榭烧{(diào)電位器隨時(shí)間會(huì)有一定程度的偏移，因此一般都需要用時(shí)再調(diào)節(jié)，使用上有很多不便之處。而如果利用電容的采樣保持電路，由于電容存在漏電問(wèn)題，因此難以保證電容長(zhǎng)時(shí)間保持一個(gè)電壓不變，不適合用作壓阻式傳感器的自動(dòng)校正電路。而且基本上沒(méi)有涉及到濕度對(duì)壓力傳感器測(cè)量結(jié)果的影響。恒流源或者恒壓源激勵(lì)也是另外搭建電路實(shí)現(xiàn)，使得電路復(fù)雜而繁瑣。

現(xiàn)有帶有自校正輸出的壓力傳感器電路很多都沒(méi)有設(shè)計(jì)專門抑制溫漂的部分，只是設(shè)計(jì)了自動(dòng)調(diào)節(jié)零點(diǎn)的電路，由于隨時(shí)間溫度會(huì)發(fā)生變化，其不能長(zhǎng)時(shí)間保證零點(diǎn)校正值準(zhǔn)確，沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)內(nèi)由于含水量的不同造成的壓力和車載壓力的區(qū)別，而且很少有考慮傳感器保護(hù)對(duì)其靈敏度造成的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是基于以上問(wèn)題發(fā)明的，其目的是提供可以適用于高速公路結(jié)構(gòu)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)校正壓阻式傳感器零點(diǎn)偏移電壓和帶溫度補(bǔ)償及保護(hù)封裝下的壓阻式傳感器應(yīng)用，從而使傳感器在不被破壞的條件下測(cè)量結(jié)果更精確。在壓阻式傳感器系統(tǒng)正式使用之前，利用單片機(jī)作為控制器，控制自動(dòng)存儲(chǔ)壓阻式傳感器在不同溫度和濕度下零點(diǎn)校正值，在之后使用該壓力傳感器時(shí)，結(jié)合溫濕度傳感器測(cè)得的溫度和濕度值，對(duì)所測(cè)壓力值進(jìn)行修正，該方法能夠長(zhǎng)時(shí)間保持校正電壓不變，而且不存在時(shí)間漂移問(wèn)題，使得校正之后的結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有壓阻式傳感器應(yīng)用中的不足，提供一種包括自動(dòng)校正零點(diǎn)偏移電壓和溫度補(bǔ)償?shù)膶挏貐^(qū)的適用于高速公路路基結(jié)構(gòu)中壓力測(cè)量的壓阻式傳感器電路。經(jīng)過(guò)靜態(tài)標(biāo)定具有自動(dòng)修正傳感器輸出電壓的特點(diǎn)。并考慮了傳感器保護(hù)封裝保護(hù)膜對(duì)靈敏度的影響。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：

一種用于高速公路路基內(nèi)部壓力檢測(cè)的壓阻式傳感器，包括：

零點(diǎn)溫度補(bǔ)償電路(101)，補(bǔ)償由于溫度引起的零點(diǎn)漂移；

靈敏度溫度補(bǔ)償電路(102)，補(bǔ)償溫度引起的靈敏度下降；

比例電壓轉(zhuǎn)換電路(103)，為電路提供恒定電流源，減小溫度引起的靈敏度的下降，并放大壓阻式傳感器電橋輸出的差模電壓；