作者:   發(fā)布時間:2014/4/28 10:52:40   瀏覽次數(shù):2264

汽車壓力傳感器的電路設(shè)計


1.引言
　　汽車傳感器是汽車電子化、智能化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵， 而其中使用較多、發(fā)展最快的是壓力傳感器。汽車壓力傳感器應(yīng)用在汽車的很多系統(tǒng)中，如電子檢測系統(tǒng)、保安防撞系統(tǒng)等。其中應(yīng)用在輪胎氣壓方面的目的在于最大限度地減少或消除高壓爆胎和低壓輾胎造成的輪胎早期的損壞， 使輪胎經(jīng)常保持標(biāo)準(zhǔn)氣壓， 延長輪胎的壽命，降低輪胎的消耗，提高經(jīng)濟效益。有報道說，將微型壓力傳感器埋置于汽車輪胎中，測量其中氣壓， 以控制對輪胎的充氣量，避免過量和不夠，由此可節(jié)省百分之十的汽油。


2.汽車壓力傳感器


2.1 壓力傳感器的原理和應(yīng)用分類


　　傳感器是將各種非電量（包括物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量 （一般為電量）的裝置。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路三部分組成，有時還需外加輔助電源。 傳感器方框圖如圖1所示。


　　制造半導(dǎo)體壓力傳感器的基本原理是利用硅晶體的壓阻效應(yīng)。單晶硅材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。


　　壓力傳感器所用的元件材料是具有壓阻效應(yīng)的單晶硅、擴散摻雜硅和多晶硅。根據(jù)晶體不受定向應(yīng)力時，電導(dǎo)率是同性的，只有受定向應(yīng)力時才表現(xiàn)出各向異性，由于應(yīng)力能引起能帶的變化，能谷能量移動，導(dǎo)致電阻率的變化，于是就有電阻的變化，從而產(chǎn)生壓阻效應(yīng)。單晶硅效應(yīng)包括n型和p型硅壓阻效應(yīng)。選用擴散硅目的在于在設(shè)計制造壓力傳感器時可根據(jù)不同溫度下硅擴散層的壓阻特性選擇合適的擴散條件，力求使壓力傳感器具有良好的性能。多晶硅在傳感器中有廣泛的用途，可作為微結(jié)構(gòu)和填充材料、敏感材料。


　　壓力傳感器按用途分類主要是壓力監(jiān)視、壓力測量和壓力控制及轉(zhuǎn)換成其他量的測量。按供電方式分為壓阻型和壓電型傳感器，前者是被動供電的，需要有外電源。后者是傳感器自身產(chǎn)生電荷，不需要外加電源，根據(jù)不同領(lǐng)域?qū)毫y量的精度不同分為低精度和高精度的壓力傳感器。

汽車壓力傳感器的電路設(shè)計

2.2 氣壓傳感器


1）能和原理：主要是用來檢測氣壓的傳感器。在硅片的中間，從背面腐蝕形成了正方形的膜片，利用膜片將壓力轉(zhuǎn)換成應(yīng)力，在膜片的表面，通過擴散雜質(zhì)形成了四個p型測量電阻，它們按橋式電路連接，利用壓阻效應(yīng)將加在膜片上的應(yīng)力變換成電阻的變化，此電阻的變化通過橋式電路之后，在橋式電路的兩個輸出端之間，以電位差的形式對外輸出。傳感器原理圖如圖2所示。


2）氣壓的輸出特性：氣壓與輸出關(guān)系曲線如圖3所示，是一接近線性關(guān)系。


美國科學(xué)家研發(fā)出一種新型光纖傳感器


美國科學(xué)家研發(fā)出一種可以在極端條件下使用的新型光學(xué)壓力傳感器。這種光纖傳感器不但可以測量高達1800萬帕(2620磅/平方英寸)的壓力，將感測頭放進-196°C的液態(tài)氮中或者加熱到538°C，性能也不會有明顯改變。


　　這種傳感器的概念來自于密西西比大學(xué)檢測儀器和分析實驗室(DIAL)的ChujiWang和SusanScherrer，他們將有名的“腔環(huán)降光譜法”(cavityring-downspectroscopy,CRDS)技術(shù)應(yīng)用在光纖傳感器上，制造出一個名為\"fiberringdownsensor\"的儀器。其操作關(guān)鍵在于光脈沖的衰減時間強烈取決于在光纖環(huán)所造成的衰減，因此任何造成光纖傳輸改變的現(xiàn)象如外部的壓迫(壓力)，都可藉由監(jiān)控衰減時間而加以測量。Wang表示這種新傳感器具有許多優(yōu)于布拉格光纖(FBGs)和光纖Fabry-Perot干涉儀(FPPI)之處，并認(rèn)為這個新設(shè)計可以帶動全新一代的物理傳感器。

　　這種傳感器是由兩個相同的2×1光纖耦合器(99:1分路比例)及和一種標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(CorningSMF-28)所連接，構(gòu)成65M的長回路。研究員人將一個波長1650nm的脈沖經(jīng)由一個耦合器射入回路;該脈沖每在環(huán)內(nèi)繞行一圈，強度就會略微減弱，其衰減時間及強度則由另一個耦合器連續(xù)加以監(jiān)控。實驗上對一段8mm長的光纖傳感器施加重量的結(jié)果顯示，該傳感器可以測量高達1800萬帕的壓力。如果把保護層(Jacket)去掉，雖會降低它的感測范圍，可是能增加其靈敏度。

汽車壓力傳感器的電路設(shè)計