MEMS壓阻式溫濕度傳感器的封裝與測(cè)試.pdf_第1頁
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1、MEMS濕度傳感器以其體積小、響應(yīng)快、線性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的重視。本實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的MEMS壓阻式濕度傳感器的工作原理是當(dāng)環(huán)境濕度變化時(shí),利用感濕聚合物(聚酰亞胺)吸收水分后體積膨脹產(chǎn)生張力,使得壓阻附近的應(yīng)力增大,其阻值產(chǎn)生相應(yīng)的變化,利用惠斯通電橋產(chǎn)生了變化的電壓信號(hào),通過放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換,經(jīng)過濕度標(biāo)定輸出數(shù)字濕度值。
   該傳感器由于采用壓力方式測(cè)試濕度變化,存在溫漂效應(yīng),傳感器易受外部溫度條件的影響,長(zhǎng)期工作后

2、誤差大。作者對(duì)本實(shí)驗(yàn)室早期的產(chǎn)品進(jìn)行了測(cè)試和分析,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生溫漂現(xiàn)象的主要原因是感濕聚合物對(duì)溫度十分敏感,隨著溫度的變化,感濕聚合物受熱膨脹產(chǎn)生的相應(yīng)形變,與由于濕度變化產(chǎn)出的形變相互耦合,因此產(chǎn)生了在相同的相對(duì)濕度不同溫度下,傳感器輸出了不同的相對(duì)濕度值。
   針對(duì)實(shí)驗(yàn)室早期產(chǎn)品存在的問題,作者對(duì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件程序進(jìn)行優(yōu)化。在硬件方面將惠斯通電橋電路由恒壓源供電改成電流驅(qū)動(dòng)方式。改進(jìn)后的每個(gè)壓阻發(fā)熱的平均功耗比改進(jìn)前降低了

3、100倍。用儀表運(yùn)算放大器AD623替代了普通運(yùn)算放大器,提高了系統(tǒng)的輸出精度。增加了FLASH模塊來存儲(chǔ)標(biāo)定的溫濕度數(shù)據(jù)。在軟件方面通過軟件進(jìn)行溫度補(bǔ)償并修改程序使單片機(jī)IDAC輸出的電流在進(jìn)行AD采樣時(shí)產(chǎn)生,其他時(shí)間段關(guān)閉IDAC不產(chǎn)生電流,將原來的直流電流改為脈沖電流。改進(jìn)后傳感器壓阻的發(fā)熱量減小了100倍,進(jìn)一步抑制了傳感器的溫漂。修改了SMBUS通訊程序,可以使傳感器系統(tǒng)上傳浮點(diǎn)型電壓值并可以及時(shí)更新標(biāo)定的數(shù)據(jù),避免了傳感器的

4、老化。
   在封裝方面采用了兩種封裝結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行封裝。采用可伐合金材料的外殼進(jìn)行封裝的傳感器系統(tǒng)體積小巧、便于攜帶,缺點(diǎn)是沒有防爆功能。采用具有防爆功能的封裝盒進(jìn)行封裝,將傳感器芯片放置在頂部,其他硬件模塊焊接在一塊PCB板上放置在盒子的底部,傳感器芯片與PCB板的間距很大,底部PCB板上所產(chǎn)生的熱量就不會(huì)影響到盒子頂部的傳感器芯片,從而減小了傳感器的溫漂現(xiàn)象,封裝后的傳感器在高濕條件下,避免了水汽凝結(jié)在感濕芯片表面,

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