應用于醫(yī)療中的硅壓阻式傳感器的誤差問題

壓阻式智能傳感器在醫(yī)療行業(yè)的誤差問題:

校準SPRT傳感器的主要難點是誤差范圍廣，采用不同技術生產的SPRT傳感器有不同類型的誤差和誤差范圍。同一廠家提供的同一型號傳感器的誤差范圍也有輕微差異。SPRT傳感器的誤差因素包括偏信號隨溫度變化的強非線性(高達1%ok)大初始失調(滿偏100%以上)和失調隨溫度的強漂移等。在一定的限度內，這些缺陷可以通過電子電路進行補償。

在一定溫度下，SPRT橋梁電阻(Vcc與地面等效電阻)可以在較寬的壓力范圍內保持相當一定，但隨著溫度的提高，橋梁電阻顯著增加，如果橋梁由恒流源驅動，則橋梁電壓(指Vcc與地面等效電阻與恒流源輸出電流的乘積)增加。隨著溫度的提高，橋梁電壓的靈敏度也會增加。另一方面，如果橋梁電壓保持一定，SPRT的壓力敏感度會隨著溫度的提高而降低。

因此，SPRT的壓力敏感度受到兩個對立因素的影響:溫度和橋面電壓。這種橋面電阻或橋面電壓的變化可以通過現(xiàn)代信號調節(jié)電路IC來糾正SPRT靈敏度在溫度范圍內的誤差。值得注意的是，這種信號調節(jié)電路IC可以根據(jù)橋面電阻的變化修正靈敏度隨溫度的變化而變化。通過對SPRT產生誤差的主要因素的分析，可以有針對性地進行校正和補償。下面為大家介紹一下目前常用的傳統(tǒng)修改、現(xiàn)代修改和簡化補償方法。

五是傳統(tǒng)的校正方法。

可以將SPRT精度補償?shù)竭m當?shù)乃?，調節(jié)SPRT失調、失調的溫度漂移和SPRT敏感度的溫度漂移。與SPRT敏感溫度漂移有關的是全部榆樹(FSO)的溫度漂移，這兩個參數(shù)(指SPRT敏感溫度漂移與全部榆樹的溫度漂移)的溫度特性成正比。電路中的零阻力Rjz用于補償室溫下傳感器的失調電壓，溫度敏感阻力Rts和Rtz(或Rtz)用于校正溫度誤差。前面提到，橋梁阻力隨著溫度的升高而增加，傳感器兩端的電壓Vo+Vo-()也增加，這種增加的電壓△Vo+Vo-會提高傳感器的靈敏度，也就是說在給定的壓力下輸出更高的電壓。

然而，如果傳感器兩端的電壓保持不變，則傳感器的靈敏度會隨著溫度的升高而降低(或稱為負向靈敏度系數(shù))，但當它受到溫度的影響而增加時，它的靈敏度的正向變化系數(shù)大于負向靈敏度系數(shù)，因此滿偏輸出(FSO)傾向于隨著溫度的升高而增加。當溫度升高時，阻力Rts可以切斷橋梁電流的一部分，從而抵消上述效果。類似地，Rtz或Rtz可以糾正不平衡的漂移。電路中Rts的選擇還是Rtz取決于不平衡的溫度漂移方向。

這種傳統(tǒng)的修改方法的優(yōu)點是程序簡單便宜，但主要問題是各補償元件相互影響，修改非常困難，限制了可以達到的精度，這種修改技術也不方便電子調整。

6.現(xiàn)代校正-補償技術。

由于SPRT的誤差范圍很廣，所以必須通過現(xiàn)代化和簡化補償法來校準。目前，現(xiàn)代校正-補償技術是MAX145新信號調節(jié)芯片和SPRT的組合，即智能傳感器和技術。

一個信號調節(jié)MAXl457集成電路，驅動呼吸監(jiān)控器硅壓阻傳感器（SPRT），校正傳感器誤差。MAXl457具有驅動傳感器的控制電流源和采樣傳感器橋路電壓的ADC(模塊轉換器)。

MAXl457還包括一個可編程增益功放(PGA)，用于擴大傳感器的差異輸出；還有5個數(shù)字數(shù)字數(shù)字數(shù)字轉換器，用于校正各種傳感器的誤差。由于傳感器輸出弱信號，PGA輸出電壓不足以驅動ADC。因此，MAXl457的內置功放可以用來將PGA的輸出提高到適當?shù)乃健?/p>

由于橋梁電壓隨著溫度的升高而升高，這種溫度相關性可用于補償全偏輸出的溫度誤差。對于恒流源激勵橋架來說，滿偏輸出（FSO）隨著溫度的升高而降低，導致滿偏輸出的溫度相關誤差（FSOTC）。但是，如果橋梁的電壓根據(jù)溫度以一定的速度上升，正好根據(jù)溫度下降全部敏感度，全部偏差輸出(FSO)將保持一定。

1）MAXl457如何用這種方法校正溫度引起的全輸出誤差？

首先，通過ADC量化橋梁電壓，根據(jù)量化結果，找出預計的四個校正系數(shù)(保存在EEPROM中)，并將其送到FSOTCDAC。然后DAC輸出電壓調整橋梁激勵電流，調整后的激勵電流改變橋梁電壓，補償特定溫度下傳感器靈敏度變化引起的全偏差輸出誤差。

為了實現(xiàn)平滑校正，橋梁電壓作為FSOTCDAC的參考輸入，在相鄰的兩個數(shù)字補償點(ADC提供給EEPROM)之間進行模擬補償。用同樣的方法補償不平衡的溫度漂移(OFFSETTC)，不同的是OFFSETCDAC的輸出電壓對PGA輸出端的要求和節(jié)點(而不是MAX1457的電流源)。

2)上述四個溫度校正系數(shù)的計算步驟。

首先將傳感器和MAXl457放在最低溫度，獲取不同壓力下的傳感器數(shù)據(jù)，然后將傳感器和MAXl457放在最高溫度下，獲取不同壓力下的傳感器數(shù)據(jù)。

利用這些極限溫度點數(shù)據(jù)，專為MAXl457設計的應用軟件可以計算四個校準系數(shù)：滿輸出（FSO）、滿輸出溫度相關誤差（FSOTC）、偏差-失調（Offset）、失調溫度偏差（OFFSETC），可以修改SPRT的一級誤差。

為了獲得0.1%的精度，MAXl457允許在特定溫度下進行補償，只需按規(guī)定溫度計算FSOTC和OFFSETC，用戶就可以確定校準點的數(shù)量（最多120點）。如果傳感器誤差具有良好的重復性，SPRT和MAXl457的組合精度可達0.1%以上。

與傳統(tǒng)方法相比，MAXl457的補償技術具有明顯的優(yōu)勢。MAXl457消除了補償部件之間的相互影響，由于相互獨立的失調和滿度調節(jié):失調在PGA輸出端得到補償，F(xiàn)SO通過電流源得到補償。另一個優(yōu)點是，對不同的溫度點進行特定的修正，可以獲得更高的精度。這種方法本質上優(yōu)于外部電阻，因為后者無法在特定溫度點精確補償傳感器。

MAX1457提供的精度遠遠高于呼吸監(jiān)視器的要求，因此選擇它主要是因為內部有額外的運輸，可以擴大呼吸監(jiān)視器傳感器的低電平信號。由于MAX1457可以使監(jiān)控器在寬溫度范圍內工作，SPRT和MAX1457的組合可以獲得優(yōu)異的精度，因此可以應用于空間探測和潛水呼吸器。

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