压力校验仪压力传感器通过读取被测压力作用下膜的形变来实现测量。20世纪80年代初,采用低蠕变和低迟滞的单晶硅膜代替传统的金属膜,使得压力传感器取得突破,同时实现了小型化和批量化的目标。在众多硅微机械压力传感器中,直接输出频率量的谐振式硅微结构压力传感器具有最高的测量精度,成为压力传感器的主要发展方向。国内从20世纪90年代独立追踪这一国际先进技术,开始研究谐振式硅微机械压力传感器。 压力校验仪谐振器是谐振式传感器的核心部件,其品质很大程度上决定了传感器整体精度的高低。要获得高品质的谐振器,一方面依赖于设计,另一方面依赖于加工。通常用机械品质因数(Q值)来表征谐振器的品质,它的定义是存储于振动中的总能量与每个周期消耗的能量之比。Q值不能直接测定,通常从恒定幅度正弦激励的谐振器稳态频率响应曲线中得出。此外,谐振式传感器必须工作在闭环自激状态来维持谐振,而闭环的设计也需要依据谐振器的幅频和相频特性进行。 由于硅微机械谐振器的振幅非常微弱,且信噪比很低。通用的频谱分析仪检测不到,需要采用具有微弱信号处理功能的测量仪器才能获得其频率响应曲线。国际上通用的做法有两种,一是采用通用设备搭建,如信号发生器和锁定放大器,或者信号发生器和多普勒测振仪;二是采用网络分析仪进行测试。前者系统庞大,不方便携带;后者价格昂贵,且只用到其中一小部分功能,有些浪费。因此,研制谐振式硅微机械传感器的专用开环特性测试仪显得尤为必要。 开环特性测试仪工作原理谐振式硅微机械传感器的专用开环特性测试仪采用单点稳态频率扫描的方法获得谐振器的频率响应特性,主要包括以下功能模块:激励信号发生单元、微弱信号处理单元、频率扫描控制单元、输出显示单元,如图1所示。其中,微弱信号处理单元是其核心部件。
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