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MEMS压阻式温湿度传感器的封装与测试

更新时间：2020-04-02 04:13:32 大小：3M 上传用户：gsy幸运查看TA发布的资源 标签：mems 温湿度传感器 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

MEMS湿度传感器以其体积小、响应快、线性好、精度高等优点受到越来越多的重视。本实验室设计的MEMS压阻式湿度传感器的工作原理是当环境湿度变化时，利用感湿聚合物（聚酰亚胺）吸收水分后体积膨胀产生张力，使得压阻附近的应力增大，其阻值产生相应的变化，利用惠斯通电桥产生了变化的电压信号，通过放大器和模数转换，经过湿度标定输出数字湿度值。

该传感器由于采用压力方式测试湿度变化，存在温漂效应，传感器易受外部温度条件的影响，长期工作后误差大。作者对本实验室早期的产品进行了测试和分析，发现产生温漂现象的主要原因是感湿聚合物对温度十分敏感，随着温度的变化，感湿聚合物受热膨胀产生的相应形变，与由于湿度变化产出的形变相互耦合，因此产生了在相同的相对湿度不同温度下，传感器输出了不同的相对湿度值。

针对实验室早期产品存在的问题，作者对系统硬件结构和软件程序进行优化。在硬件方面将惠斯通电桥电路由恒压源供电改成电流驱动方式。改进后的每个压阻发热的平均功耗比改进前降低了100倍。用仪表运算放大器AD623替代了普通运算放大器，提高了系统的输出精度。增加了FLASH模块来存储标定的温湿度数据。在软件方面通过软件进行温度补偿并修改程序使单片机IDAC输出的电流在进行AD采样时产生，其他时间段关闭IDAC不产生电流，将原来的直流电流改为脉冲电流。改进后传感器压阻的发热量减小了100倍，进一步抑制了传感器的温漂。修改了SMBUS通讯程序，可以使传感器系统上传浮点型电压值并可以及时更新标定的数据，避免了传感器的老化。

在封装方面采用了两种封装结构对传感器系统进行封装。采用可伐合金材料的外壳进行封装的传感器系统体积小巧、便于携带，缺点是没有防爆功能。采用具有防爆功能的封装盒进行封装，将传感器芯片放置在顶部，其他硬件模块焊接在一块PCB板上放置在盒子的底部，传感器芯片与PCB板的间距很大，底部PCB板上所产生的热量就不会影响到盒子顶部的传感器芯片，从而减小了传感器的温漂现象，封装后的传感器在高湿条件下，避免了水汽凝结在感湿芯片表面，有效增大了传感器的湿度量程。

对改进后的传感器进行测试，经软件补偿后在10℃～50℃范围内传感器由温漂引起的湿度变化小于1.5％RH，湿度精确...