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专利名称：一种传感器及其测量方法
技术领域：
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及解决压力传感器机械迟滞性误差的结构和方法。
背景技术：
压力传感器是工业生活中最常见的一种传感器，其广泛应用于各种领域，涉及自动化生产、机床、管道、电力、交通监控、航空航天、石油石化、军工等众多行业。随着微机电MEMS技术的发展，MEMS压力传感器的技术也得到了显著提高，传感器体积越来越小，测量精度也得到了很大提高。然而对于测量高精度压力时，压力传感器自身的机械误差就不能忽视。施加在传递压力的膜片上的压力从高至低降到压力值F时，和压力从低至高升到压力值F时，虽然最终的压力值相同，但由于机械的迟滞特性，膜片此时在应力作用下的挠度是不同的，即传感器膜片压力载荷的加载线与卸载线不完全重合。对于压力传感器，由于待测量的压力可能不稳定，难以确定测得的电压信号是否对应真实的压力值，这就造成所测量的弹性膜片形变对应的压力与实际的压力有偏差，采集到的压力信号精度不高。

发明内容
本发明提出的一种测量压力的传感器及测量方法，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，降低由于机械迟滞性造成的误差，提高压力的测量精度。本发明的技术解决方案传感器由数模转换器、压电执行器、膜片、衬底组成，其中衬底上设置有膜片，压电执行器位于膜片的表面中央，数模转换器通过导线连接到压电执行器上，压电执行器为压电膜片或压电陶瓷；压力传感器的测量方法为1)将数模转换器输出的模拟电压施加在压电执行器上；2)增加压电执行器上的电压至目标电压；3)降低压电执行器上的电压；4)测量膜片上的压力。本发明的有益之处在于相比于已有技术，本发明传感器在膜片上使用压电执行器，驱动膜片弯曲使其在迟滞曲线的加载线或卸载线上，通过电压控制驱动力大小，方便有效地控制膜片弯曲，避免膜片位置的不确定问题；压电执行器选择压电膜片或压电陶瓷，结构简单，调控方便；使用数模转换器，在数字信号控制下输出模拟信号，方便有效地调节压电执行器，达到提高测量精度的目的；在压电执行器电压加载和卸载两个阶段，对电压采用多个阶梯式加载，压电执行器驱动膜片弯曲的分辨率更高，避免膜片产生震荡或过冲，这种方式能够有效地减小机械迟滞偏移；本发明的传感器结构简单，制造工艺简易，成本低，对于测量高精度的压力传感器，性价比较高。


图1是本发明传感器的结构示意图。图2为本发明传感器的结构俯视示意图。
图中数模转换器为1、压电执行器为2、膜片为3、衬底为4。
具体实施例方式实施例一对照图1，传感器由数模转换器1、压电执行器2、膜片3、衬底4组成，其中膜片3位于衬底4的上部，压电执行器2位于膜片3的上部，数模转换器I连接在压电执行器2的上部。对照图2，压电执行器2位于膜片3的表面中央，数模转换器I位于膜片3边缘，通过导线连接到压电执行器2上，控制驱动力大小。测量时首先将数模转换器I输出的电压施加在压电执行器2上，其中压电执行器2为压电膜片，目标电压值取100V即可。采用2步阶梯式加载电压0V、50V、100V。对于压电膜片该目标电压能够驱动膜片弯曲达到迟滞曲线的加载线或卸载线上。压电执行器上的电压在卸载阶段，为使膜片回复过程更加平缓，分了 6步阶梯式降低，设置电压每次降低幅度值为35V、25V、15V、15V、5V、5V，6步降低后驱动电压变为O。压电执行器上的电压降为O后，由外置信号处理电路测量膜片上的压力。实施例二对照图1，传感器由数模转换器1、压电执行器2、膜片3、衬底4组成，其中膜片3位于衬底4的上部，压电执行器2位于膜片3的上部，数模转换器I连接在压电执行器2的上部。对照图2，压电执行器2位于膜片3的表面中央，数模转换器I位于膜片3边缘，通过导线连接到压电执行器2上，控制驱动力大小。测量时首先将数模转换器I输出的电压施加在压电执行器2上，其中压电执行器2为压电陶瓷，目标电压值取100V即可。采用2步阶梯式加载电压0V、50V、100V。对于压电膜片该目标电压能够驱动膜片弯曲达到迟滞曲线的加载线或卸载线上。压电执行器上的电压在卸载阶段，为使膜片回复过程更加平缓，分了 6步阶梯式降低，设置电压每次降低幅度值为35V、25V、15V、15V、5V、5V，6步降低后驱动电压变为O。压电执行器上的电压降为O后，由外置信号处理电路测量膜片上的压力。
权利要求
1.一种传感器，其特征在于由数模转换器、压电执行器、膜片、衬底组成，其中衬底上设置有膜片，压电执行器位于膜片的表面中央，数模转换器通过导线连接到压电执行器上。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的数模转换器输出的模拟电压施加在压电执行器上，控制压电执行器驱动膜片弯曲。
3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的压电执行器为压电膜片或压电陶瓷。
4.一种传感器的测量方法，其特征在于包含下列步骤: 1)将数模转换器输出的模拟电压施加在压电执行器上； 2)增加压电执行器上的电压至目标电压； 3)降低压电执行器上的电压； 4)测量膜片上的压力。
5.如权利要求3中所述的传感器测量方法，其特征在于在电压增加过程中，至少包括I个阶梯步骤。
6.如权利要求3中所述的传感器测量方法，其特征在于压电执行器在目标电压作用下驱动膜片弯曲达到或超过迟滞曲线的加载线或卸载线。
7.如权利要求 3中所述的传感器测量方法，其特征在于在电压降低过程中，至少包括2个阶梯步骤。
全文摘要
本发明公开了一种传感器及其测量方法，传感器结构包括数模转换器、压电执行器、膜片、衬底。压力测量的步骤如下数模转换器为压电执行器施加阶梯式增加的电压；压电执行器驱动压力传感器的膜片弯曲；数模转换器为压电执行器施加阶梯式减小的电压；测量膜片上的压力。本发明可以避免膜片位置的不确定性问题，减小机械迟滞误差，改善压力传感器的测量精度。
文档编号G01L9/08GK103076117SQ20121058511
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者李维平, 刘清惓, 黄标, 周晓, 佘德群 申请人:南京高华科技有限公司