CN102901845B - 一种压阻式加速度传感器零位补偿测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压阻式加速度传感器零位补偿测试装置，由输入模块INP、程控电压源PVS、回路开关SW、差分放大器DA、数据采集单元ADC、主控制器MCU、开关网络MUX1、开关网络MUX2、固定补偿单元R、可调补偿单元DPOT和显示单元DIS组成。本发明优点在于固定、可调两种补偿回路并用，相对于单路补偿可降低传感器补偿回路硬件配置的要求，同时准确快速得到被测传感器达到规定电平输出状态时的补偿条件。

Description

一种压阻式加速度传感器零位补偿测试装置

技术领域：

本发明涉及压阻式加速度传感器零位补偿测试领域，尤其适用于对压阻式加速度传感器零位输出要求条件苛刻的情况下使用。

背景技术：

压阻式加速度传感器以半导体压阻效应为基础，通过半导体工艺在与质量块连接的梁上制作压敏电阻，受到外部加速度惯性力时，质量块位移带动支撑梁形变，在电在电阻中产生应力变化，由于半导体的压阻效应，压敏电阻发生变化，利用适当的***电路将这种变化转换为可测量信号如电压、电流等形式输出，经过标定就可建立输出信号与被测加速度之间的关系，从而测量加速度。

压阻式加速度传感器内部压敏电阻结构以惠斯通电桥为主，要求电桥的四个桥臂电阻阻值相同，桥臂处于平衡状态，这样在静态时传感器输出为零。实际上由于工艺加工误差、封装应力、温度变化等原因，传感器内部电桥不再处于绝对的平衡状态，从而静态电压输出并不为零。在压阻式加速度传感器应用前，如果静态输出电压较大而不做调零补偿的话，在传感器应用中过大的静态输出电压会导致后端放大器在有效信号到达之前提前饱和输出，无法实现加速度测量，导致传感器应用失败。

在压阻式加速度传感器应用之前进行调零成为必不可少的工作，目前相关研究也陆续开展，并发表科技论文发表论文。如发表于《测试技术学报》2004年第18卷增刊的《压阻式传感器测试***中的高精度调零设计》一文即阐述了一种压阻式加速度传感器高精度调零方法，文中介绍的调零设计采用了二级放大处理，首先对压阻式传感器输出做初步差动放大，然后对初步放大的信号做输出调节的方法，这种方法没有对传感器自身静态输出进行调零处理，不能消除因传感器自身零位输出过大在第一级放大时就已经导致放大器输出饱和从而导致无法调零的情况发生。

发明内容：

本发明的目的就是为了解决传感器自身静态输出调零的问题，测试压阻式加速度传感器输出为零时补偿状态，提供压阻式加速度传感器自身静态输出调节的固化状态的装置。

为实现本发明的目的，提出了以下技术解决方案：

一种压阻式加速度传感器零位补偿测试装置，其特征在于：由输入模块INP、程控电压源PVS、回路开关SW、差分放大器DA、数据采集单元ADC、主控制器MCU、开关网络MUX1、开关网络MUX2、固定补偿单元R、可调补偿单元DPOT和显示单元DIS组成；

输入模块INP设置被测传感器工作电压值和预置输出电压要求值，并分别存入主控制器MCU内部两个寄存器；

差分放大器输入端与传感器输出端连接，并将传感器初始状态时输出电压送入数据采集单元ADC；

数据采集单元ADC接受差分放大器DA输出电压，并输出给主控制器MCU；

主控制器MCU一方面接受输入模块INP输入的传感器工作电压值和预置输出电压要求值、另一方面接受数据采集单元ADC输入的数据；主控制器MCU输出6路信号，一路到程控电压源、一路到回路开关SW、一路到显示单元DIS、一路到开关网络MUX1、一路到开关网络MUX2、一路到可调补偿单元DPOT；

程控电压源PVS接受主控制器MCU的输入电压值并通过回路开关向被测传感器供电；

回路开关SW一方面接受主控制器MCU的指令、另外与程控电压源PVS的一端及被测传感器的一端相连；

开关网络MUX1和开关网络MUX2分别接受主控制器MCU的指令，它们的一端分别和固定补偿单元R及可调补偿单元DPOT相连、另一端分别和传感器相应输出端口相连；

固定补偿单元R通过开关网络MUX1或开关网络MUX2和传感器相应输出端口相连；

可调补偿单元接受主控制器MCU的指令进行调节并通过开关网络MUX1或开关网络MUX2和传感器相应端口相连；

显示单元DIS接受到主控制器MCU的信息并显示补偿状态。

本发明所采用的技术方案具体工作过程包含四个部分：

1、预置工作电压下，采集初始电压。向被测传感器提供预置的工作电压，由增益为G的差分放大器DA得到传感器初始状态下的静态输出电压V0，该电压由数据采集单元ADC采集后送入主控制器MCU，在控制器内部通过软件判断初始状态下的静态输出电压V0是否满足预设零位输出要求。

2.判断是否引入补偿回路。通过主控制器内部对初始状态下静态输出电压V0值的判断，确定补偿回路连接状态。当V0满足预设零位输出电压要求，被测传感器不连接补偿回路，当V0不满足预设零位输出要求，由主控计算机控制多路选择器状态使被测传感器连接对应补偿回路。

3.补偿回路连接状态的确定。当初始状态下静态输出电压值V0大于零，由主控制器控制开关网络MUX1和MUX2状态将固定补偿回路连接于输出电压正极端口，可调补偿回路连接于输出电压负极端口；反之当初始状态下静态输出电压值V0小于零，由主控制器控制开关网络MUX1和MUX2状态将可调补偿回路连接于输出电压正极端口，固定补偿回路连接于输出电压负极端口；

4.软件控制可调补偿回路状态，达到输出补偿要求。连接有固定补偿回路和可调补偿回路的被测传感器实时静态输出电压V，经过差分放大器DA、数据采集单元ADC实时传输至主控制器MCU与预置零位输出电压值比较，当传感器实时输出不满足预置要求时，主控制器MCU通过软件控制可调补偿回路状态进行调整，在实时采集比较判断，直至被测传感器静态输出电压满足预置零位输出电压要求，输出调零停止，主控制器MCU控制显示单元显示被测传感器对应固定补偿回路及可调补偿回路状态。

本发明的优点：

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1、本发明通过软件设置程控电源为压阻式加速度传感器供电，可测试多种工作电压下传感器调零补偿要求。

2、本发明采用固定补偿网络和可调补偿网络并用，通过软件控制可调补偿网络进行调零的方式完成压阻式加速度传感器零位补偿。相比于单路补偿，本发明可降低传感器补偿回路硬件配置的要求，同时得到被测传感器补偿条件，可方便的在传感器动态应用中通过该补偿条件固化其零位输出，提高传感器应用的稳定性。

3、本发明直接对压阻式加速度传感器自身静态输出进行调零，相比于其他间接补偿回路，被测传感器零位调整状态更有效、直观。

附图说明：

附图1为本发明测试原理框图；

附图2为本发明结构图；

附图3为本发明压阻式加速度传感器补偿测试流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步详细描述：

本发明提供一种压阻式加速度传感器零位补偿测试装置，附图1中概括了此方法主要涉及的几个功能单元：输入模块INP设置被测传感器工作电压值和预置静态输出电压要求值，分别存入主控制器MCU内部两个寄存器；

主控制器MCU控制程控电压源输出与设定传感器工作电压值一致，并通过回路开关向被测传感器供电；

差分放大器DA输入端与传感器输出端连接，并将传感器初始状态时静态输出电压送入数据采集单元ADC；

数据采集单元ADC采集差分放大器DA输出电压，以ASCⅡ代码形式送入主控制器MCU；

主控制器MCU根据采集电压与预置电压比较结果控制多路选通器MUX1和多路选通器MUX2状态，固定补偿单元和可调补偿单元连接于传感器相应输出端口；

数据采集单元ADC实时采集被测传感器输出电压并送入主控制器MCU进行比较；

主控制器MCU通过电压实时比较结果，软件控制根据比较结构控制可调补偿单元状态，直至采集电压符合预置电压要求，主控制器MCU控制显示单元显示补偿状态。

其中主控制器MCU是***核心构成，如附图2所示MCU内部包含了处理器模块(205a)、IO控制模块(205b)、寄存器 (205c)、以及输入接收模块（205d），除用于采集信号进行存储、软件处理和判断外，同时还用于补偿单元、开关网络MUX、回路开关SW以及显示单元DIS状态控制；固定补偿单元R和可调补偿单元DPOT连接至被测传感器输出端，用于静态输出补偿调节。

测试方法的具体实现结合附图2说明如下：

测试***上电后，首先通过外部输入设备（200）输入被测压阻式加速度传感器工作电压值Vcc，送入主控制器MCU（205）内输入接收模块（205d），然后通过主控制器MCU（205）中处理器模块（205a）根据输入要求，控制其I/O控制模块（205b）输出控制信号至程控电源PVS（202），使其输出被测传感器工作电压Vcc。再次通过外部输入设备（200）输入被测压阻式加速度传感器在规定工作电压下静态输出电压要求范围Vref，该输入条件被主控制器MCU（205）内输入接收模块（205d）接收并通过处理器模块（205a）送入内部寄存器（205c）。将被测传感器电源正负端口、传感器输出正负端口分别于***外部对应连接端口（100、101、102、103）连接，然后由主控制器MCU（205）控制I/O控制模块（205b）依次完成控制差分放大器DA（203）的增益G1和回路开关SW（201）导通状态的设定。回路开关SW（201）导通后，程控电源PVS（202）向被测传感器提供工作电压，被测传感器静态输出电压初始值V0经差分放大器DA（203）采样后G倍放大为V1并由输出端3输出送入数据采集单元ADC（204），数据采集单元ADC（204）将采集后的电压值V1送入主控制器MCU（205），在主控制器内部通过软件处理还原得到V0=V1/G，且在处理器模块将V0与预置电压Vref进行比较，再次通过软件判断被测传感器上电后初始静态输出电压是否满足预置静态输出要求，满足则由主控制器MCU（205）通过I/O控制模块（205b）依次完成显示单元DIS（210）测试结果显示及回路开关SW（201）断开状态控制，完成测试结果显示及被测器件断电操作。若不满足，再次通过软件判断电压值V0是否大于0V，若V0大于0V，则由主控制器MCU（205）通过I/O控制模块（205b）控制开关S3（208）处于导通状态，此时由固定电阻构成的固定补偿单元连接在被测传感器输出正端接口（102）处，由数字电位器构成的可调补偿单元DPOT（206）连接在被测传感器输出负端接口（103）处。若V0小于0V，则由主控制器MCU（205）通过I/O控制模块（205b）控制开关S2（209）切换通断状态并控制开关S3（208）处于导通状态，此时由固定电阻构成的固定补偿单元连接在被测传感器输出正端接口（102）处，由数字电位器构成的可调补偿单元DPOT（206）连接在被测传感器输出负端接口（103）处。数字电位器DPOT（206）阻值及精度设定由主控制器MCU内I/O控制模块（205b）控制。

根据被测传感器上电后静态输出电压初始状态其输出端口被连接至相应补偿回路后，被测传感器静态输出电压通过差分放大器DA（203）、数据采集单元ADC（204）实时采集送入主控制器MCU内部进行软件处理比较，当实时采集电压不满足预置电压要求，主控制器MCU内I/O控制模块（205b）控制调节可调补偿单元DPOT（206）阻值，调整后再次进行实时输出采集比较、控制、调节等操作。当被测传感器在加载某种补偿状态时，其静态输出电压满足预置电压要求，由主控制器MCU（205）通过I/O控制模块（205b）依次完成显示单元DIS（210）测试此时补偿状态显示及回路开关SW（201）断开状态控制，完成测试结果显示及被测器件断电操作。

本发明采用了对被测压阻式加速度传感器自身静态输出补偿的方式，采用了固定补偿单元和可调补偿单元并用的方式，这种方法可以降低在小电压输出调节对补偿硬件的配置要求，并通过主控制器显示最终满足要求的补偿条件，为压阻式加速度传感器动态冲击应用时固化零位输出补偿条件提供了支撑。本装置可被扩展应用于各类压阻结构传感器零位补偿测试。

Claims (1)

1. 一种压阻式加速度传感器零位补偿测试装置，其特征在于：由输入模块INP、程控电压源PVS、回路开关SW、差分放大器DA、数据采集单元ADC、主控制器MCU、开关网络MUX1、开关网络MUX2、固定补偿单元R、可调补偿单元DPOT 和显示单元DIS 组成；

输入模块INP 设置被测传感器工作电压值和预置输出电压要求值，并分别存入主控制器MCU 内部两个寄存器；

差分放大器DA输入端与传感器输出端连接，并将传感器初始状态时输出电压送入数据采集单元ADC ；

数据采集单元ADC 接受差分放大器DA 输出电压，并输出给主控制器MCU ；

主控制器MCU 一方面接受输入模块INP 输入的传感器工作电压值和预置输出电压要求值、另一方面接受数据采集单元ADC 输入的数据；主控制器MCU 输出6 路信号，一路到程控电压源PVS、一路到回路开关SW、一路到显示单元DIS、一路到开关网络MUX1、一路到开关网络MUX2、一路到可调补偿单元DPOT ；

程控电压源PVS 接受主控制器MCU 的输入电压值并通过回路开关SW向被测传感器供电；

回路开关SW 一方面接受主控制器MCU 的指令、另外与程控电压源PVS 的一端及被测传感器的一端相连；

开关网络MUX1 和开关网络MUX2 分别接受主控制器MCU 的指令，它们的一端分别和固定补偿单元R 及可调补偿单元DPOT 相连、另一端分别和传感器相应输出端口相连；

固定补偿单元R 通过开关网络MUX1 或开关网络MUX2 和传感器相应输出端口相连；

可调补偿单元DPOT接受主控制器MCU 的指令进行调节并通过开关网络MUX1 或开关网络MUX2 和传感器相应端口相连；

显示单元DIS 接受到主控制器MCU 的信息并显示补偿状态。

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