1、 第 1 页 共 38 页 1 1 绪论绪论 1.1 1.1 课题背景及研究意义课题背景及研究意义 随着科学技术的不断发展，非电量的测试与控制技术已经越来越广泛的应用。 尤其在航天、航海、冶金、能源、生物医学、自动检测与计量等技术领域。而且随 着社会的发展，这种技术也逐步渗透到人们的日常生活中。可以说测试技术与自动 控制技术水平的高低是衡量科学技术现代化的重要标志之一 1。 传感器是实现测试与自动控制的首要环节。 如果没有传感器对原始信息进行准 确可靠的捕获和转换，计算机发展的水平再高，依旧无法进行测试和控制。任何一 种传感器在制造、使用时都需要对其设计指标进行一系列实验，以确定传感器的基 本
2、性能。 硅压阻式传感器是一种广泛应用于工业生产、国防建设和航天测量的基本部 件。由于半导体材料组成的硅压阻式传感器普遍存在着：一致性、温漂和非线性等 问题，在使用过程中都要进行补偿与非线性矫正。传统的矫正方法是采用温度敏感 器件与模拟电路实现。近年来，随着计算机技术日新月异的发展，对于硅压阻式传 感器的矫正与补偿都采用微型计算机系统实现，这样的方法具有补偿精度高、工作 稳定、体积精巧和传输方便等特点。这种方法组成的传感器信号调理电路也把传感 器输出电路与变送器形成一体，即为现今的智能传感变送器。这种智能传感变送器 还可以构成网络化测量系统，甚至能很方便的接入 Internet 网络。据光电行业
3、开发 协会(OIDA)做出的最新预测， 从 2003 年到 2006 年期间， 智能传感器的国际市场销 售量将以每年 20的高速度增长 2。 对于传统传感器采用模拟方式对信号在模拟域进行处理， 校准与补偿采用激光 微调薄膜电阻、电位器等“模拟记忆”元件，温度补偿一般采用热敏电阻、二极管 等温度敏感元件。所有这些方法存在以下主要缺点： 1、补偿精度受限于传感器的非线性误差和温度特性； 2、补偿器件同样受温度漂移困扰； 3、自动化调理设备价格昂贵； 4、人工调节不但精度不高，而且增加生产成本，不适合批量生产。 第 2 页 共 38 页 本设计应用精密的信号调理器 MAX1452 的调理技术，设计开
4、发了硅压阻式传 感器的补偿与标定系统。 1.2 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 传感器的动态校准一直是学术领域一个比较活跃的课题。近十几年来，它从原 来主要应用于军事国防领域，逐渐向民用领域转变，使得在这方面研究的人越来越 多 3。 对传感器的动态校准， 国外相对而言研究的时间较长， 涉及的领域也更宽一些。 像美国、俄罗斯、德国、印度等，都取得了较高的水平。在国内，特别是近 5、6 年，一些研究院所和部分大学在该领域都进行了深入的研究，取得了比较令人满意 的成果。 我国从 60 年代开始对传感技术的研究与开发，国内在高精度智能化补偿与标 定系统研究领域正处于方兴未艾阶段。诸如，南京航空航
5、天大学、北京航空航天大 学、西北工业大学、航空部 304 所、合肥智能机械研究所等都在这方面作了一些具 体的研究。 国外近年来，传感器的信号调理技术发展很快，向着集成化、小型化、智能化 和数字化方向发展。典型产品有 Motorola 公司生产的 MPX2100、MPX4100A、 MPX5100 和 MPX5700 系列单片集成硅压力传感器；美国 Honeywell 公司生产的 ST3000 系列、ST30009002000 系列智能压力传感器；MAXIM 公司生产的 MAXl450信号调理器、 MAXl452型高精度硅压阻式压力信号调理器芯片、 MAXl458 数字式压力信号调理器等。很多公
6、司推出了在内部集成数模转换器(DAC)和模数转 换器(ADC)的智能信号调理芯片，可以补偿失调、失调温度漂移、灵敏度、灵敏度 温度漂移和非线性等多个参数。 这些芯片为开发高性能的补偿与标定系统提供了基 础和条件 4。 国内传感器技术的制造工艺技术和专用工艺设备的落后， 使传感器的稳定性和 可靠性问题长期得不到根本解决，限制了国产传感器的使用范围和可信程序。与国 外传感器特别是高技术含量的传感器相比，国产传感器存在较大的差距。经过多年 开发，虽然一批工艺和产品取得了科技成果，但是批量生产工艺和稳定性和实用性 第 3 页 共 38 页 得不到很好解决。随着计算机、微电子技术的迅速发展和主泛应用，特别是在传感 技术中的应用，促使传感技术产生了一个飞跃。智能传感器的出现，就是计算机、 微电子等新技术与传感技术相结合的结果。 随着近年来通信网络技术、嵌入式计算技术、微电子技术和传感器技术的飞速 发展和日益成熟，使得制造大量体积小、功耗低，同时具有感知能力、计算能力和 通信能力等多种功能的微型传感器成为了可能，这些传感器可以感知周围的环境， 并对数据进行一定的处理，同
