擴散硅多參數(shù)傳感器智能化設(shè)計及誤差補償方法研究.pdf

1、壓阻式硅壓傳感器和變送器因為其良好的特性，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，針對此類傳感器及變送器的研究工作一直受到國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)和科研院所的重視。由于半導(dǎo)體材料對溫度敏感，因此壓阻式硅壓傳感器存在比較明顯的溫度漂移，需要進行補償以后才能使用。早期模擬型儀表主要依靠硬件電路來實現(xiàn)補償，但補償效果不佳。隨著智能儀表的出現(xiàn)，可以利用微處理器的數(shù)字信號處理能力，用軟件算法實現(xiàn)補償。為此，需要進行溫度等其他變量的測量。本課題所研究的擴散硅多參數(shù)傳

2、感器，是在一塊硅片晶元上，利用微機械加工技術(shù)，集成了差壓、靜壓和溫度3個敏感元件，其中差壓傳感器進行過程差壓的測量，靜壓和溫度傳感器用于對差壓傳感器的補償。 為了利用多參數(shù)傳感器組裝成為智能化變送器，配套電子部件的研發(fā)成為了重點。目前這一領(lǐng)域的研究在國內(nèi)還處起步階段，可以應(yīng)用于實際的變送器整機還沒有。本課題研究的重點，是對擴散硅多參數(shù)傳感器的信號檢測電路及適用于生產(chǎn)應(yīng)用的簡單補償算式的研究。 多參數(shù)傳感器的信號檢測電路，

3、是以微處理器為核心，配套高精度多通道A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器及電源模塊、HART調(diào)制解調(diào)模塊，實現(xiàn)對差壓/靜壓/溫度三個傳感器輸出信號的采集、數(shù)字化、計算及輸出，并利用HART雙向數(shù)字通信技術(shù)，將測量數(shù)據(jù)送到PC機處理，處理結(jié)果回送給變送器。利用設(shè)計好的硬件電路完成了對多參數(shù)傳感器的數(shù)據(jù)采集實驗。 對于多參數(shù)傳感器的補償算式，主要是從實際生產(chǎn)應(yīng)用的角度出發(fā)，力求算法的實現(xiàn)及系數(shù)的標(biāo)定過程最簡單，同時能保證達到良好的補償效果，這

4、也是智能儀表設(shè)計的重點和難點。本課題主要通過兩種方案實現(xiàn)補償：經(jīng)典模型算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。經(jīng)典模型算法首先根據(jù)傳感器特性建立輸入輸出的數(shù)學(xué)模型，對于多參數(shù)傳感器而言是一個三元方程組。在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上利用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出補償算式，保證算式的簡單及系數(shù)計算的容易實現(xiàn)，并對補償算式進行了分析和驗證。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是基于徑向基函數(shù)RBF的三層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，無需建立復(fù)雜的傳感器模型，利用網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力和泛化能力，使網(wǎng)絡(luò)能對多參數(shù)傳感器的輸出信號