專利名稱：一種壓阻式加速度傳感器零位補償測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓阻式加速度傳感器零位補償測試領(lǐng)域，尤其適用于對壓阻式加速度傳感器零位輸出要求條件苛刻的情況下使用。
背景技術(shù)：
壓阻式加速度傳感器以半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)為基礎(chǔ)，通過半導(dǎo)體工藝在與質(zhì)量塊連接的梁上制作壓敏電阻，受到外部加速度慣性力時，質(zhì)量塊位移帶動支撐梁形變，在電在電阻中產(chǎn)生應(yīng)力變化，由于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，壓敏電阻發(fā)生變化，利用適當?shù)耐鈬娐穼⑦@種變化轉(zhuǎn)換為可測量信號如電壓、電流等形式輸出，經(jīng)過標定就可建立輸出信號與被測加速度之間的關(guān)系，從而測量加速度。
壓阻式加速度傳感器內(nèi)部壓敏電阻結(jié)構(gòu)以惠斯通電橋為主，要求電橋的四個橋臂電阻阻值相同，橋臂處于平衡狀態(tài)，這樣在靜態(tài)時傳感器輸出為零。實際上由于工藝加工誤差、封裝應(yīng)力、溫度變化等原因，傳感器內(nèi)部電橋不再處于絕對的平衡狀態(tài)，從而靜態(tài)電壓輸出并不為零。在壓阻式加速度傳感器應(yīng)用前，如果靜態(tài)輸出電壓較大而不做調(diào)零補償?shù)脑?，在傳感器?yīng)用中過大的靜態(tài)輸出電壓會導(dǎo)致后端放大器在有效信號到達之前提前飽和輸出，無法實現(xiàn)加速度測量，導(dǎo)致傳感器應(yīng)用失敗。在壓阻式加速度傳感器應(yīng)用之前進行調(diào)零成為必不可少的工作，目前相關(guān)研究也陸續(xù)開展，并發(fā)表科技論文發(fā)表論文。如發(fā)表于《測試技術(shù)學(xué)報》2004年第18卷增刊的《壓阻式傳感器測試系統(tǒng)中的高精度調(diào)零設(shè)計》一文即闡述了一種壓阻式加速度傳感器高精度調(diào)零方法，文中介紹的調(diào)零設(shè)計采用了二級放大處理，首先對壓阻式傳感器輸出做初步差動放大，然后對初步放大的信號做輸出調(diào)節(jié)的方法，這種方法沒有對傳感器自身靜態(tài)輸出進行調(diào)零處理，不能消除因傳感器自身零位輸出過大在第一級放大時就已經(jīng)導(dǎo)致放大器輸出飽和從而導(dǎo)致無法調(diào)零的情況發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決傳感器自身靜態(tài)輸出調(diào)零的問題，測試壓阻式加速度傳感器輸出為零時補償狀態(tài)，提供壓阻式加速度傳感器自身靜態(tài)輸出調(diào)節(jié)的固化狀態(tài)的裝置。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出了以下技術(shù)解決方案
一種壓阻式加速度傳感器零位補償測試裝置，其特征在于由輸入模塊INP、程控電壓源PVS、回路開關(guān)SW、差分放大器DA、數(shù)據(jù)采集單元ADC、主控制器MCU、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUXl、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX2、固定補償單元R、可調(diào)補償單元DPOT和顯示單元DIS組成；
輸入模塊INP設(shè)置被測傳感器工作電壓值和預(yù)置輸出電壓要求值，并分別存入主控制器MCU內(nèi)部兩個寄存器；
差分放大器輸入端與傳感器輸出端連接，并將傳感器初始狀態(tài)時輸出電壓送入數(shù)據(jù)采集單元ADC ；
數(shù)據(jù)采集單元ADC接受差分放大器DA輸出電壓，并輸出給主控制器MCU ；
主控制器MCU —方面接受輸入模塊INP輸入的傳感器工作電壓值和預(yù)置輸出電壓要求值、另一方面接受數(shù)據(jù)采集單元ADC輸入的數(shù)據(jù)；主控制器MCU輸出6路信號，一路到程控電壓源、一路到回路開關(guān)SW、一路到顯示單元DIS、一路到開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX1、一路到開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX2、一路到可調(diào)補償單元DPOT ；
程控電壓源PVS接受主控制器MCU的輸入電壓值并通過回路開關(guān)向被測傳感器供電；回路開關(guān)SW—方面接受主控制器MCU的指令、另外與程控電壓源PVS的一端及被測傳感器的一端相連；
開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUXl和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX2分別接受主控制器MCU的指令，它們的一端分別和固定補償單元R及可調(diào)補償單元DPOT相連、另一端分別和傳感器相應(yīng)輸出端口相連；
固定補償單元R通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUXl或開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX2和傳感器相應(yīng)輸出端口相連；可調(diào)補償單元接受主控制器MCU的指令進行調(diào)節(jié)并通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUXl或開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX2和傳感器相應(yīng)端口相連； 顯示單元DIS接受到主控制器MCU的信息并顯示補償狀態(tài)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具體工作過程包含四個部分
I、預(yù)置工作電壓下，采集初始電壓。向被測傳感器提供預(yù)置的工作電壓，由增益為G的差分放大器DA得到傳感器初始狀態(tài)下的靜態(tài)輸出電壓VO，該電壓由數(shù)據(jù)采集單元ADC采集后送入主控制器MCU，在控制器內(nèi)部通過軟件判斷初始狀態(tài)下的靜態(tài)輸出電壓VO是否滿足預(yù)設(shè)零位輸出要求。2.判斷是否引入補償回路。通過主控制器內(nèi)部對初始狀態(tài)下靜態(tài)輸出電壓VO值的判斷，確定補償回路連接狀態(tài)。當VO滿足預(yù)設(shè)零位輸出電壓要求，被測傳感器不連接補償回路，當VO不滿足預(yù)設(shè)零位輸出要求，由主控計算機控制多路選擇器狀態(tài)使被測傳感器連接對應(yīng)補償回路。3.補償回路連接狀態(tài)的確定。當初始狀態(tài)下靜態(tài)輸出電壓值VO大于零，由主控制器控制開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUXl和MUX2狀態(tài)將固定補償回路連接于輸出電壓正極端口，可調(diào)補償回路連接于輸出電壓負極端口 ；反之當初始狀態(tài)下靜態(tài)輸出電壓值VO小于零，由主控制器控制開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUXl和MUX2狀態(tài)將可調(diào)補償回路連接于輸出電壓正極端口，固定補償回路連接于輸出電壓負極端口；
4.軟件控制可調(diào)補償回路狀態(tài)，達到輸出補償要求。連接有固定補償回路和可調(diào)補償回路的被測傳感器實時靜態(tài)輸出電壓V，經(jīng)過差分放大器DA、數(shù)據(jù)采集單元ADC實時傳輸至主控制器MCU與預(yù)置零位輸出電壓值比較，當傳感器實時輸出不滿足預(yù)置要求時，主控制器MCU通過軟件控制可調(diào)補償回路狀態(tài)進行調(diào)整，在實時采集比較判斷，直至被測傳感器靜態(tài)輸出電壓滿足預(yù)置零位輸出電壓要求，輸出調(diào)零停止，主控制器MCU控制顯示單元顯示被測傳感器對應(yīng)固定補償回路及可調(diào)補償回路狀態(tài)。
本發(fā)明的優(yōu)點
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是
I、本發(fā)明通過軟件設(shè)置程控電源為壓阻式加速度傳感器供電，可測試多種工作電壓下傳感器調(diào)零補償要求。2、本發(fā)明采用固定補償網(wǎng)絡(luò)和可調(diào)補償網(wǎng)絡(luò)并用，通過軟件控制可調(diào)補償網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)零的方式完成壓阻式加速度傳感器零位補償。相比于單路補償，本發(fā)明可降低傳感器補償回路硬件配置的要求，同時得到被測傳感器補償條件，可方便的在傳感器動態(tài)應(yīng)用中通過該補償條件固化其零位輸出，提高傳感器應(yīng)用的穩(wěn)定性。3、本發(fā)明直接對壓阻式加速度傳感器自身靜態(tài)輸出進行調(diào)零，相比于其他間接補償回路，被測傳感器零位調(diào)整狀態(tài)更有效、直觀。


附圖I為本發(fā)明測試原理框 附圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖； 附圖3為本發(fā)明壓阻式加速度傳感器補償測試流程圖。
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實施例作進一步詳細描述
本發(fā)明提供一種壓阻式加速度傳感器零位補償測試裝置，附圖I中概括了此方法主要涉及的幾個功能單元輸入模塊INP設(shè)置被測傳感器工作電壓值和預(yù)置靜態(tài)輸出電壓要求值，分別存入主控制器MCU內(nèi)部兩個寄存器；
主控制器MCU控制程控電壓源輸出與設(shè)定傳感器工作電壓值一致，并通過回路開關(guān)向被測傳感器供電；
差分放大器DA輸入端與傳感器輸出端連接,并將傳感器初始狀態(tài)時靜態(tài)輸出電壓送入數(shù)據(jù)采集單元ADC;
數(shù)據(jù)采集單元ADC采集差分放大器DA輸出電壓，以ASC II代碼形式送入主控制器MCU ；主控制器MCU根據(jù)采集電壓與預(yù)置電壓比較結(jié)果控制多路選通器MUXl和多路選通器MUX2狀態(tài)，固定補償單元和可調(diào)補償單元連接于傳感器相應(yīng)輸出端口 ；
數(shù)據(jù)采集單元ADC實時采集被測傳感器輸出電壓并送入主控制器MCU進行比較；
主控制器MCU通過電壓實時比較結(jié)果，軟件控制根據(jù)比較結(jié)構(gòu)控制可調(diào)補償單元狀態(tài)，直至采集電壓符合預(yù)置電壓要求，主控制器MCU控制顯示單元顯示補償狀態(tài)。其中主控制器MCU是系統(tǒng)核心構(gòu)成，如附圖2所示MCU內(nèi)部包含了處理器模塊(205a)、IO控制模塊(205b)、寄存器(205c)、以及輸入接收模塊(205d)，除用于采集信號進行存儲、軟件處理和判斷外，同時還用于補償單元、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX、回路開關(guān)SW以及顯示單元DIS狀態(tài)控制；固定補償單元R和可調(diào)補償單元DPOT連接至被測傳感器輸出端，用于靜態(tài)輸出補償調(diào)節(jié)。測試方法的具體實現(xiàn)結(jié)合附圖2說明如下
測試系統(tǒng)上電后，首先通過外部輸入設(shè)備(200)輸入被測壓阻式加速度傳感器工作電壓值Vcc，送入主控制器MCU (205)內(nèi)輸入接收模塊(205d)，然后通過主控制器MCU (205)中處理器模塊(205a)根據(jù)輸入要求，控制其I/O控制模塊(205b)輸出控制信號至程控電源PVS (202)，使其輸出被測傳感器工作電壓Vcc。再次通過外部輸入設(shè)備(200)輸入被測壓阻式加速度傳感器在規(guī)定工作電壓下靜態(tài)輸出電壓要求范圍Vref，該輸入條件被主控制器MCU (205)內(nèi)輸入接收模塊(205d)接收并通過處理器模塊(205a)送入內(nèi)部寄存器(205c)。將被測傳感器電源正負端口、傳感器輸出正負端口分別于系統(tǒng)外部對應(yīng)連接端口(100、101、102、103)連接，然后由主控制器MCU (205)控制I/O控制模塊(205b)依次完成控制差分放大器DA (203)的增益Gl和回路開關(guān)SW (201)導(dǎo)通狀態(tài)的設(shè)定?；芈烽_關(guān)SW (201)導(dǎo)通后，程控電源PVS (202 )向被測傳感器提供工作電壓，被測傳感器靜態(tài)輸出電壓初始值VO經(jīng)差分放大器DA (203)采樣后G倍放大為Vl并由輸出端3輸出送入數(shù)據(jù)采集單元ADC(204)，數(shù)據(jù)采集單元ADC (204)將采集后的電壓值Vl送入主控制器MCU (205)，在主控制器內(nèi)部通過軟件處理還原得到V0=V1/G，且在處理器模塊將VO與預(yù)置電壓Vref進行比較，再次通過軟件判斷被測傳感器上電后初始靜態(tài)輸出電壓是否滿足預(yù)置靜態(tài)輸出要求，滿足則由主控制器MCU (205)通過I/O控制模塊(205b)依次完成顯示單元DIS (210)測試結(jié)果顯示及回路開關(guān)SW (201)斷開狀態(tài)控制，完成測試結(jié)果顯示及被測器件斷電操作。若不滿足，再次通過軟件判斷電壓值VO是否大于0V，若VO大于0V，則由主控制器MCU (205)通過I/O控制模塊(205b)控制開關(guān)S3 (208)處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時由固定電阻構(gòu)成的固定補償單元連接在被測傳感器輸出正端接口(102)處，由數(shù)字電位器構(gòu)成的可調(diào)補償單元DPOT(206)連接在被測傳感器輸出負端接口(103)處。若VO小于0V，則由主控制器MCU (205)通過I/O控制模塊(205b)控制開關(guān)S2 (209)切換通斷狀態(tài)并控制開關(guān)S3 (208)處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時由固定電阻構(gòu)成的固定補償單元連接在被測傳感器輸出正端接口(102)處，由數(shù)字電位器構(gòu)成的可調(diào)補償單元DPOT (206)連接在被測傳感器輸出負端接口(103)處。數(shù) 字電位器DPOT (206)阻值及精度設(shè)定由主控制器MCU內(nèi)I/O控制模塊(205b)控制。根據(jù)被測傳感器上電后靜態(tài)輸出電壓初始狀態(tài)其輸出端口被連接至相應(yīng)補償回路后，被測傳感器靜態(tài)輸出電壓通過差分放大器DA (203)、數(shù)據(jù)采集單元ADC (204)實時采集送入主控制器MCU內(nèi)部進行軟件處理比較，當實時采集電壓不滿足預(yù)置電壓要求，主控制器MCU內(nèi)I/O控制模塊(205b)控制調(diào)節(jié)可調(diào)補償單元DPOT (206)阻值，調(diào)整后再次進行實時輸出采集比較、控制、調(diào)節(jié)等操作。當被測傳感器在加載某種補償狀態(tài)時，其靜態(tài)輸出電壓滿足預(yù)置電壓要求，由主控制器MCU (205 )通過I/O控制模塊(205b )依次完成顯示單元DIS (210)測試此時補償狀態(tài)顯示及回路開關(guān)SW (201)斷開狀態(tài)控制，完成測試結(jié)果顯示及被測器件斷電操作。本發(fā)明采用了對被測壓阻式加速度傳感器自身靜態(tài)輸出補償?shù)姆绞?，采用了固定補償單元和可調(diào)補償單元并用的方式，這種方法可以降低在小電壓輸出調(diào)節(jié)對補償硬件的配置要求，并通過主控制器顯示最終滿足要求的補償條件，為壓阻式加速度傳感器動態(tài)沖擊應(yīng)用時固化零位輸出補償條件提供了支撐。本裝置可被擴展應(yīng)用于各類壓阻結(jié)構(gòu)傳感器零位補償測試。
權(quán)利要求
1.一種壓阻式加速度傳感器零位補償測試裝置，其特征在于由輸入模塊INP、程控電壓源PVS、回路開關(guān)SW、差分放大器DA、數(shù)據(jù)采集單元ADC、主控制器MCU、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX1、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX2、固定補償單元R、可調(diào)補償單元DPOT和顯示單元DIS組成； 輸入模塊INP設(shè)置被測傳感器工作電壓值和預(yù)置輸出電壓要求值，并分別存入主控制器MCU內(nèi)部兩個寄存器； 差分放大器輸入端與傳感器輸出端連接，并將傳感器初始狀態(tài)時輸出電壓送入數(shù)據(jù)采集單元ADC ； 數(shù)據(jù)采集單元ADC接受差分放大器DA輸出電壓，并輸出給主控制器MCU ； 主控制器MCU —方面接受輸入模塊INP輸入的傳感器工作電壓值和預(yù)置輸出電壓要求值、另一方面接受數(shù)據(jù)采集單元ADC輸入的數(shù)據(jù)；主控制器MCU輸出6路信號，一路到程控電壓源、一路到回路開關(guān)SW、一路到顯示單元DIS、一路到開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX1、一路到開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX2、一路到可調(diào)補償單元DPOT ； 程控電壓源PVS接受主控制器MCU的輸入電壓值并通過回路開關(guān)向被測傳感器供電；回路開關(guān)SW —方面接受主控制器MCU的指令、另外與程控電壓源PVS的一端及被測傳感器的一端相連； 開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUXl和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX2分別接受主控制器MCU的指令，它們的一端分別和固定補償單元R及可調(diào)補償單元DPOT相連、另一端分別和傳感器相應(yīng)輸出端口相連； 固定補償單元R通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUXl或開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX2和傳感器相應(yīng)輸出端口相連；可調(diào)補償單元接受主控制器MCU的指令進行調(diào)節(jié)并通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUXl或開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX2和傳感器相應(yīng)端口相連； 顯示單元DIS接受到主控制器MCU的信息并顯示補償狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓阻式加速度傳感器零位補償測試裝置，由輸入模塊INP、程控電壓源PVS、回路開關(guān)SW、差分放大器DA、數(shù)據(jù)采集單元ADC、主控制器MCU、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX1、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)MUX2、固定補償單元R、可調(diào)補償單元DPOT和顯示單元DIS組成。本發(fā)明優(yōu)點在于固定、可調(diào)兩種補償回路并用，相對于單路補償可降低傳感器補償回路硬件配置的要求，同時準確快速得到被測傳感器達到規(guī)定電平輸出狀態(tài)時的補償條件。
文檔編號G01P21/00GK102901845SQ20121040919
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者方嵐, 鄭宇 , 徐棟, 卜令旗 申請人:華東光電集成器件研究所