[發明專利]一種傳感器及其測量方法

無效

• 申請號: 201210585115.2
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103076117A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 李維平;劉清惓;黃標;周曉;佘德群
• 申請（專利權）人: 南京高華科技有限公司
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G01L9/08;G01L23/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及解決壓力傳感器機械遲滯性誤差的結構和方法。?

背景技術

壓力傳感器是工業生活中最常見的一種傳感器，其廣泛應用于各種領域，涉及自動化生產、機床、管道、電力、交通監控、航空航天、石油石化、軍工等眾多行業。隨著微機電MEMS技術的發展，MEMS壓力傳感器的技術也得到了顯著提高，傳感器體積越來越小，測量精度也得到了很大提高。?

然而對于測量高精度壓力時，壓力傳感器自身的機械誤差就不能忽視。施加在傳遞壓力的膜片上的壓力從高至低降到壓力值F時，和壓力從低至高升到壓力值F時，雖然最終的壓力值相同，但由于機械的遲滯特性，膜片此時在應力作用下的撓度是不同的，即傳感器膜片壓力載荷的加載線與卸載線不完全重合。對于壓力傳感器，由于待測量的壓力可能不穩定，難以確定測得的電壓信號是否對應真實的壓力值，這就造成所測量的彈性膜片形變對應的壓力與實際的壓力有偏差，采集到的壓力信號精度不高。?

發明內容

本發明提出的一種測量壓力的傳感器及測量方法，其目的旨在克服現有技術所存在的上述缺陷，降低由于機械遲滯性造成的誤差，提高壓力的測量精度。?

本發明的技術解決方案：傳感器由數模轉換器、壓電執行器、膜片、襯底組成，其中襯底上設置有膜片，壓電執行器位于膜片的表面中央，數模轉換器通過導線連接到壓電執行器上，壓電執行器為壓電膜片或壓電陶瓷；壓力傳感器的測量方法為：1)將數模轉換器輸出的模擬電壓施加在壓電執行器上；2)增?加壓電執行器上的電壓至目標電壓；3)降低壓電執行器上的電壓；4)測量膜片上的壓力。?

本發明的有益之處在于：相比于已有技術，本發明傳感器在膜片上使用壓電執行器，驅動膜片彎曲使其在遲滯曲線的加載線或卸載線上，通過電壓控制驅動力大小，方便有效地控制膜片彎曲，避免膜片位置的不確定問題；壓電執行器選擇壓電膜片或壓電陶瓷，結構簡單，調控方便；使用數模轉換器，在數字信號控制下輸出模擬信號，方便有效地調節壓電執行器，達到提高測量精度的目的；在壓電執行器電壓加載和卸載兩個階段，對電壓采用多個階梯式加載，壓電執行器驅動膜片彎曲的分辨率更高，避免膜片產生震蕩或過沖，這種方式能夠有效地減小機械遲滯偏移；本發明的傳感器結構簡單，制造工藝簡易，成本低，對于測量高精度的壓力傳感器，性價比較高。?

附圖說明

圖1是本發明傳感器的結構示意圖。?

圖2為本發明傳感器的結構俯視示意圖。?

圖中數模轉換器為1、壓電執行器為2、膜片為3、襯底為4。?

具體實施方式

實施例一?

對照圖1，傳感器由數模轉換器1、壓電執行器2、膜片3、襯底4組成，其中膜片3位于襯底4的上部，壓電執行器2位于膜片3的上部，數模轉換器1連接在壓電執行器2的上部。?

對照圖2，壓電執行器2位于膜片3的表面中央，數模轉換器1位于膜片3邊緣，通過導線連接到壓電執行器2上，控制驅動力大小。?

測量時首先將數模轉換器1輸出的電壓施加在壓電執行器2上，其中壓電執?行器2為壓電膜片，目標電壓值取100V即可。采用2步階梯式加載電壓：0V、50V、100V。對于壓電膜片該目標電壓能夠驅動膜片彎曲達到遲滯曲線的加載線或卸載線上。?

壓電執行器上的電壓在卸載階段，為使膜片回復過程更加平緩，分了6步階梯式降低，設置電壓每次降低幅度值為：35V、25V、15V、15V、5V、5V，6步降低后驅動電壓變為0。壓電執行器上的電壓降為0后，由外置信號處理電路測量膜片上的壓力。?

實施例二?

對照圖1，傳感器由數模轉換器1、壓電執行器2、膜片3、襯底4組成，其中膜片3位于襯底4的上部，壓電執行器2位于膜片3的上部，數模轉換器1連接在壓電執行器2的上部。?

對照圖2，壓電執行器2位于膜片3的表面中央，數模轉換器1位于膜片3邊緣，通過導線連接到壓電執行器2上，控制驅動力大小。?

測量時首先將數模轉換器1輸出的電壓施加在壓電執行器2上，其中壓電執行器2為壓電陶瓷，目標電壓值取100V即可。采用2步階梯式加載電壓：0V、50V、100V。對于壓電膜片該目標電壓能夠驅動膜片彎曲達到遲滯曲線的加載線或卸載線上。?

壓電執行器上的電壓在卸載階段，為使膜片回復過程更加平緩，分了6步階梯式降低，設置電壓每次降低幅度值為：35V、25V、15V、15V、5V、5V，6步降低后驅動電壓變為0。壓電執行器上的電壓降為0后，由外置信號處理電路測量膜片上的壓力。?