本实用新型专利技术公开了一种多量程阵列式压力传感芯片及其检测设备，包括在同一衬底上的压力传感器组和温度传感器组，所述压力传感器组为M×N压力传感器阵列，压力传感器组具有M种量程压力传感器，同时M种量程的压力传感器各具有N个，其M，N为任意数，所述温度传感器组为2×M个温度传感器阵列，温度传感器阵列位于压力传感器阵列两侧，相应的每一量程的压力传感器左右两侧均有一个温度传感器；本实用新型专利技术所述的一种多量程阵列式压力传感芯片及其检测装置实现了压力测量的高可靠性与高稳定性，可应用于各种恶劣的环境。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种多量程阵列式压力传感芯片及检测装置。
技术介绍
压阻式压力传感器作为压力传感器的一种主要类型，由于其具有较高测量精度、较低功耗和低成本，广泛地应用航天、航空、航海、石油化工、生物医学工程、气象、地质、地震测量等各个领域。压阻式压力传感器的工作原理是将作用在硅弹性体上的压强P变换成在弹性体上的应力T，应力T进一步引起制作在弹性体上的力敏电阻的阻值变化ΔR，阻值变化ΔR再通过全桥电路转换成电压输出ΔV，形成电压与压力的传感器转换功能。目前，很多场合需要宽量程，高精度，高灵敏度。例如，在航天和航空工业中,对静态和动态压力,局部压力和整个压力场的测量都要求很高的精度。现有的MEMS压力传感器的一般为固定的量程，小量程压力传感器测量低压时具有高灵敏度，但测量范围窄；大量程压力传感器具有较高的测量范围，但测量低压灵敏度低，这就造成当被测量的气压变化较大时会产生较大的测量误差。测量电路的不精确，温度漂移都会降低测量的精度，所以在传感器的测量过程中，如何解决温度漂移问题，提高测量精度极为重要。值得注意的是，单一普通压力传感器在恶劣环境中损坏时致使整个压力测量系统损坏，造成较大误差，浪费成本。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提出了一种多量程阵列式压力传感芯片及检测装置,使该芯片具有宽量程的测量范围，提高了各量程压力传感器的灵敏度与精确度，克服大量程传感器测量微小压力时灵敏度低，小量程测量高压时非线性的弱点。通过自选量程、自动修正各类误差、自动补偿的测量电路提高测量精度，并通过其故障诊断软件实现自动诊断功能，实现压力测量的高可靠性与高稳定性。最终使得多量程集成压力传感器芯片得以应用于各种恶劣的环境条件下。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种多量程阵列式压力传感芯片，其特征在于，包括在同一衬底上的压力传感器组和温度传感器组，所述压力传感器组为M×N压力传感器阵列，用于测量压力，压力传感器组具有M 种量程压力传感器，同时M种量程的压力传感器各具有N个，其M，N可为任意数，所述温度传感器组为2×M个温度传感器阵列，压力传感器组与温度传感器组设置于同一衬底上组成芯片，温度传感器阵列位于压力传感器阵列两侧，相应的每一量程的压力传感器左右两侧均有一个温度传感器，用于测量压力传感器阵列左右两侧的温度值，实现对压力传感器阵列进行温度补偿。不同于采用压强为某一特定大小的MEMS压力传感器进行压力测量的方案，本技术采用适合于大批量生产的标准CMOS工艺兼容的MEMS技术，将M个不同量程压力传感器集成在同一芯片上，使该芯片的具有宽量程的测量范围，提高了各量程压力传感器的灵敏度与精确度，克服大量程传感器测量微小压力时灵敏度低，小量程测量高压时非线性的弱点。同时将针对上述每个量程所具有的N个压力传感器集成到同一芯片上，形成阵列式测量，提高各量程压力传感器精确度。由于同一量程压力传感器具有N个，当部分传感器出现损坏时通过软件操作处理，仍能保持压力测量的高可靠性与高稳定性。进一步形成MEMS压力传感器阵列进行压力测量，当外界压强变化时，尤其变化剧烈时，使得至少一个量程的MEMS压力传感器可准确测量环境的压强，从而实现对外界压力测量准确的目的。多量程阵列式压力传感芯片的检测装置，其特征在于，包括可调恒流源电路、压力传感阵列电路、前置放大电路、滤波电路、温度漂移补偿电路、二级可调放大电路、A/D转换器、数字信号处理器、控制电路以及切换电路，所述可调恒流源电路为压力传感电路供能，所述压力传感电路连接前置放大器对信号进行放大处理，经放大信号向滤波电路输入，经滤波后的电压信号进入温度漂移补偿电路，补偿后的电压信号进入二级可调放大电路，二级可调放大电路放大信号输入到A/D转换器，数字信号处理器监控A/D转换器采集的数据反馈到控制电路，控制电路控制切换电路分别连接二级可调放大电路、压力传感电路和可调恒流源电路。优选的是，所述可调恒流源电路主要由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电压为V1的稳压二极管Z1、放大器AMP1、切换电路M2构成，电阻R1为限流电阻，电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5为切换电阻，切换电路M2受控制电路控制。优选的是，所述压力传感阵列电路由切换电路M1、切换电路M3与压力传感器组构成，切换电路M1连接各量程传感器，切换电路M3针对切换电路M1选择的某一量程的压力传感器进行选择，所述切换电路M1、切换电路M3均由控制电路控制。切换电路实现对不同量程的压力传感器和对某一量程的全部压力传感器进行选择，并且通过切换电阻实现了不同大小的恒流源输出转换与对二级放大电路放大倍数的选择，所述切换电路均有控制电路控制。优选的是，前置放大电路对压力传感器输出的微弱信号进行放大，所述前置放大电路由仪表放大器INA128与电阻RG构成，所述滤波电路为一种低通滤波电路，由电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2和放大器AMP2构成，电阻R8和电容C2构成两个反馈支路，所述二级放大电路由切换电路M4、放大器AMP4、精密电阻r1,r2...rn构成。滤波电路移除传感器阵列输出经前置放大电路放大后的噪声分量，提高模拟信噪比。优选的是，针对温度漂移影响测量精度的问题，集成了温度漂移补偿电路，通过数字电路或模拟电路的方法进行温度补偿，克服被温度影响压阻系数测量的问题，降低环境系统的影响。所述温度漂移补偿电路为模拟电路补偿，由温度传感器组、温度补偿记录表、D/A转换器、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和AMP3构成，所述电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和AMP3构成减法器，D/A转换器连接减法器的负端，压力传感器组连接减法器的正端。温度补偿电路依据温度传感器所测的温度值进行相应的温度补偿。优选的是，二级可调放大电路使得放大后信号的电压范围满足A/D转换器的电压范围匹配要求；A/D转换器将模拟信号转变为数字电路进行后续处理；数字信号处理器处理经转换的数字信号与确定输入压力，将处理结果反馈给控制电路，从而得到合适的A/D采集电压与采用合适量程压力传感器测量。并且针对压力传感器阵列在工艺过程或恶劣环境造成的某一个或多个压力传感器损坏影响其测量精度，提出了故障诊断算法，实现了自动诊断功能，自动对传感器和系统工作状态进行定期的检测，及时发现发生故障的位置，并给予软件操作处理，实现压力测量的高可靠性与高稳定性。一种多量程阵列式压力传感芯片的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，电阻R1，R2，放大器AMP1，V1的稳压二极管Z1构成电流为I＝V1/R2恒流源电路，为压力传感器阵列进行供能，切换电路M1连接至高量程压力传感 器阵列，切换电路M3对相应的高量程压力传感器S11,S12,S13,S14进行选择，当压力P作用时，高压量程压力传感器阵列膜片都发生弯曲，膜片应变引起应变电阻变化ΔR，在恒流源的激励下，惠斯通电桥电阻值的变化转化为电压的变化ΔV；步骤2，连接切换电路M3所对应的仪表放大器INA128对惠斯通桥电路电压输出ΔV进行放大，经过前置放大电路的放大后的压力传感器输出的信号流入滤波电路，滤掉信号中一部分噪声以及不需要的频率范围的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多量程阵列式压力传感芯片，其特征在于，包括在同一衬底上的压力传感器组和温度传感器组，所述压力传感器组为M×N压力传感器阵列，压力传感器组具有M种量程压力传感器，同时M种量程的压力传感器各具有N个，其M，N为任意数，所述温度传感器组为2×M个温度传感器阵列，温度传感器阵列位于压力传感器阵列两侧，相应的每一量程的压力传感器左右两侧均有一个温度传感器。
【技术特征摘要】
1.一种多量程阵列式压力传感芯片，其特征在于，包括在同一衬底上的压力传感器组和温度传感器组，所述压力传感器组为M×N压力传感器阵列，压力传感器组具有M种量程压力传感器，同时M种量程的压力传感器各具有N个，其M，N为任意数，所述温度传感器组为2×M个温度传感器阵列，温度传感器阵列位于压力传感器阵列两侧，相应的每一量程的压力传感器左右两侧均有一个温度传感器。2. 一种如权利要求 1 所述的多量程阵列式压力传感芯片的检测设备，其特征在于，包括可调恒流源电路、压力传感阵列电路、前置放大电路、滤波电路、温度漂移补偿电路、二级可调放大电路、A/D转换器、数字信号处理器、控制电路以及切换电路，所述可调恒流源电路为压力传感电路供能，所述压力传感电路连接前置放大器对信号进行放大处理，经放大信号向滤波电路输入，经滤波后的电压信号进入温度漂移补偿电路，补偿后的电压信号进入二级可调放大电路，二级可调放大电路放大信号输入到A/D转换器，数字信号处理器监控A/D转换器采集的数据反馈到控制电路，控制电路控制切换电路分别连接二级可调放大电路、压力传感电路和可调恒流源电路。3.根据权利要求2所述的一种多量程阵列式压力传感芯片的检测设备，其特征在于，所述可调恒流源电路主要由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电压为V1的稳压二极...
【专利技术属性】
技术研发人员：张加宏，赵阳，顾芳，陈剑翔，张月香，沈雷，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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