汽车压力传感器的电路设计

作者:   发布时间:2014/4/28 10:52:40   浏览次数:2281

汽车压力传感器的电路设计


1.引言
　　汽车传感器是汽车电子化、智能化的基础和关键， 而其中使用较多、发展最快的是压力传感器。汽车压力传感器应用在汽车的很多系统中，如电子检测系统、保安防撞系统等。其中应用在轮胎气压方面的目的在于最大限度地减少或消除高压爆胎和低压辗胎造成的轮胎早期的损坏， 使轮胎经常保持标准气压， 延长轮胎的寿命，降低轮胎的消耗，提高经济效益。有报道说，将微型压力传感器埋置于汽车轮胎中，测量其中气压， 以控制对轮胎的充气量，避免过量和不够，由此可节省百分之十的汽油。


2.汽车压力传感器


2.1 压力传感器的原理和应用分类


　　传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量 （一般为电量）的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需外加辅助电源。 传感器方框图如图1所示。


　　制造半导体压力传感器的基本原理是利用硅晶体的压阻效应。单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。


　　压力传感器所用的元件材料是具有压阻效应的单晶硅、扩散掺杂硅和多晶硅。根据晶体不受定向应力时，电导率是同性的，只有受定向应力时才表现出各向异性，由于应力能引起能带的变化，能谷能量移动，导致电阻率的变化，于是就有电阻的变化，从而产生压阻效应。单晶硅效应包括n型和p型硅压阻效应。选用扩散硅目的在于在设计制造压力传感器时可根据不同温度下硅扩散层的压阻特性选择合适的扩散条件，力求使压力传感器具有良好的性能。多晶硅在传感器中有广泛的用途，可作为微结构和填充材料、敏感材料。


　　压力传感器按用途分类主要是压力监视、压力测量和压力控制及转换成其他量的测量。按供电方式分为压阻型和压电型传感器，前者是被动供电的，需要有外电源。后者是传感器自身产生电荷，不需要外加电源，根据不同领域对压力测量的精度不同分为低精度和高精度的压力传感器。

汽车压力传感器的电路设计

2.2 气压传感器


1）能和原理：主要是用来检测气压的传感器。在硅片的中间，从背面腐蚀形成了正方形的膜片，利用膜片将压力转换成应力，在膜片的表面，通过扩散杂质形成了四个p型测量电阻，它们按桥式电路连接，利用压阻效应将加在膜片上的应力变换成电阻的变化，此电阻的变化通过桥式电路之后，在桥式电路的两个输出端之间，以电位差的形式对外输出。传感器原理图如图2所示。


2）气压的输出特性：气压与输出关系曲线如图3所示，是一接近线性关系。


美国科学家研发出一种新型光纤传感器


美国科学家研发出一种可以在极端条件下使用的新型光学压力传感器。这种光纤传感器不但可以测量高达1800万帕(2620磅/平方英寸)的压力，将感测头放进-196°C的液态氮中或者加热到538°C，性能也不会有明显改变。


　　这种传感器的概念来自于密西西比大学检测仪器和分析实验室(DIAL)的ChujiWang和SusanScherrer，他们将有名的“腔环降光谱法”(cavityring-downspectroscopy,CRDS)技术应用在光纤传感器上，制造出一个名为\"fiberringdownsensor\"的仪器。其操作关键在于光脉冲的衰减时间强烈取决于在光纤环所造成的衰减，因此任何造成光纤传输改变的现象如外部的压迫(压力)，都可藉由监控衰减时间而加以测量。Wang表示这种新传感器具有许多优于布拉格光纤(FBGs)和光纤Fabry-Perot干涉仪(FPPI)之处，并认为这个新设计可以带动全新一代的物理传感器。

　　这种传感器是由两个相同的2×1光纤耦合器(99:1分路比例)及和一种标准单模光纤(CorningSMF-28)所连接，构成65M的长回路。研究员人将一个波长1650nm的脉冲经由一个耦合器射入回路;该脉冲每在环内绕行一圈，强度就会略微减弱，其衰减时间及强度则由另一个耦合器连续加以监控。实验上对一段8mm长的光纤传感器施加重量的结果显示，该传感器可以测量高达1800万帕的压力。如果把保护层(Jacket)去掉，虽会降低它的感测范围，可是能增加其灵敏度。

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