力敏傳感器的誤差補(bǔ)償
合理進(jìn)行力敏傳感器的誤差補(bǔ)償是其應(yīng)用的關(guān)鍵。力敏傳感器主要有靈敏度誤差、偏移量誤差、滯后誤差和線性誤差，以下將介紹這四種誤差產(chǎn)生的機(jī)理和對測試結(jié)果的影響，同時(shí)將介紹為提高測量精度的標(biāo)定方法以及應(yīng)用實(shí)例。
目前市場上力敏傳感器種類豐富多樣，這使得設(shè)計(jì)工程師可以選擇系統(tǒng)所需的力敏傳感器。這些力敏傳感器既包括最基本的變換器，也包括更為復(fù)雜的帶有片上電路的高集成度傳感器。由于存在這些差異，設(shè)計(jì)工程師必須盡可能夠補(bǔ)償力敏傳感器的測量誤差，這是保證力敏傳感器滿足設(shè)計(jì)和應(yīng)用要求的重要步驟。在某些情況下，補(bǔ)償還能提高力敏傳感器在應(yīng)用中的整體性能。
1.基本的或未加補(bǔ)償標(biāo)定;
2.有標(biāo)定并進(jìn)行溫度補(bǔ)償;
3.有標(biāo)定、補(bǔ)償和放大。
偏移量、范圍標(biāo)定以及溫度補(bǔ)償均可以通過薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，這種薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)在封裝過程中采用激光修正。該力敏傳感器通常與微控制器結(jié)合使用，而微控制器的嵌入軟件本身建立了力敏傳感器數(shù)學(xué)模型。微控制器讀取了輸出電壓后，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器的變換，該模型可以將電壓量轉(zhuǎn)換為力值測量值。
力敏傳感器的數(shù)學(xué)模型即為傳遞函數(shù)。該模型可在整個(gè)標(biāo)定過程中進(jìn)行優(yōu)化，并且模型的成熟度將隨標(biāo)定點(diǎn)的增加而增加。
從計(jì)量學(xué)的角度看，測量誤差具有相當(dāng)嚴(yán)格的定義：它表示測量力值與實(shí)際力值之間的差異。而通常無法直接得到實(shí)際力值，但可以通過采用適當(dāng)?shù)牧χ禈?biāo)準(zhǔn)加以估計(jì)，計(jì)量人員通常采用那些精度比被測設(shè)備高出至少10倍的儀器作為測量標(biāo)準(zhǔn)。
由于未經(jīng)標(biāo)定的系統(tǒng)只能使用典型的靈敏度和偏移值將輸出電壓轉(zhuǎn)換為力值，測得的力值將產(chǎn)生誤差。
這種未經(jīng)標(biāo)定的初始誤差由以下幾個(gè)部分組成：
1.靈敏度誤差：產(chǎn)生誤差大小與力值成正比。如果設(shè)備的靈敏度高于典型值，靈敏度誤差將是力值的遞增函數(shù)。如果靈敏度低于典型值，那么靈敏度誤差將是力值的遞減函數(shù)。該誤差的產(chǎn)生原因在于擴(kuò)散過程的變化。
2.偏移量誤差：由于在整個(gè)力值范圍內(nèi)垂直偏移保持恒定，因此變換器擴(kuò)散和激光調(diào)節(jié)修正的變化將產(chǎn)生偏移量誤差。
3.滯后誤差：在大多數(shù)情形中，滯后誤差可以忽略不計(jì)，因?yàn)楣杵哂泻芨叩臋C(jī)械剛度。一般只需在力值變化很大的情形中考慮滯后誤差。
4.線性誤差：這是一個(gè)對初始誤差影響較小的因素，該誤差的產(chǎn)生原因在于硅片的物理非線性，但對于帶放大器的力敏傳感器，還應(yīng)包括放大器的非線性。線性誤差曲線可以是凹形曲線，也可以是凸形曲線。
標(biāo)定可消除或極大地減小這些誤差，而補(bǔ)償技術(shù)通常要求確定系統(tǒng)實(shí)際傳遞函數(shù)的參數(shù)，而不是簡單的使用典型值。電位計(jì)、可調(diào)電阻以及其他硬件均可在補(bǔ)償過程中采用，而軟件則能更靈活地實(shí)現(xiàn)這種誤差補(bǔ)償工作。
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