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高温环境是对倾角传感器稳定性的严峻考验,常见于钢铁冶金、太阳能跟踪、发动机舱等场景。传感器在高温下输出异常(如零位漂移、灵敏度变化、甚至数据跳变)是其内部物理特性和电子元件受温度影响的直接体现。德克西尔通过多层次的技术手段,保障其产品在宽温范围内的可靠性。
一、高温导致输出异常的内在机理
1.MEMS传感芯片的热漂移:MEMS硅材料的压阻系数或电容会随温度变化,导致传感器的零位输出(在零加速度时的输出值)和灵敏度(加速度与输出电压的比例系数)发生漂移。这是最核心的误差来源。
2.电子元器件的温漂:传感器内部的放大器、模数转换器(ADC)、参考电压源等有源器件的性能参数也会随温度变化,引入额外的测量误差。
3.材料热应力:传感器内部不同材料(如硅、玻璃、金属)的热膨胀系数不同,在温度剧烈变化时会产生热应力,导致MEMS结构发生微小形变,产生类似于加速度的虚假信号。
二、德克西尔应对高温挑战的系统性解决方案
1.芯片级与硬件级优化:
•精选宽温芯片:德克西尔严格筛选工业级乃至汽车级(工作温度-40℃~+125℃)的MEMS传感芯片和外围元器件,从源头上保证基础耐温能力。
•高精度温度传感器集成:在MEMS芯片附近集成一颗高精度、高一致性的数字温度传感器,实时、准确地监测芯片核心的温度。
2.核心武器:全温区补偿校准技术
这是保证精度的关键。德克西尔在出厂前,会将每一颗倾角传感器置于高低温温箱中,进行严格的温度循环测试。
•过程:在-40℃,-20℃,0℃,+25℃,+60℃,+85℃等多个温度点(甚至更多),测量传感器在不同角度下的原始输出值。
•建模:利用测试数据,为每一个传感器建立独一无二的、高精度的“零位-温度”和“灵敏度-温度”补偿数学模型。该模型精确描述了其温漂特性。
•固化:将补偿模型参数固化到传感器内部的微处理器中。
3.软件算法实时补偿:
传感器工作时,微处理器执行以下操作:
•实时读取温度传感器的当前值。
•根据固化的补偿模型,计算出当前温度下零位和灵敏度的补偿值。
•利用补偿值对MEMS芯片的原始输出进行实时修正:校准后角度=f(原始数据,当前温度,补偿模型)。
通过这一过程,有效抵消了温度变化带来的主要误差。
4.结构与热管理设计:
•低功耗设计:降低传感器自身发热,减少内外温差。
•导热结构:优化内部结构设计,使MEMS芯片、温度传感器和外壳之间具有良好的热耦合,确保温度传感器能快速、准确地反映芯片的实际温度。
三、用户选型与使用建议
面对高温应用,用户应:
•正确选型:选择标明工作温度范围覆盖您应用场景的产品。德克西尔多个系列产品的工作温度上限可达+105℃,甚至+125℃。
•避免局部过热:尽量避免传感器被阳光直射或靠近高温热源安装。必要时可增加遮阳罩或散热片。
•关注温度冲击:剧烈的温度变化(如从空调房突然移至烈日下)可能引起短期输出不稳定,应待温度稳定后再进行测量或校准。
总结
高温下的输出异常是倾角传感器的固有特性,但可以通过技术手段进行有效抑制。德克西尔凭借从芯片选型、硬件设计到全温区补偿校准的完整技术体系,确保了产品在恶劣温度环境下的测量精度和长期稳定性,满足最苛刻的工业应用需求。
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