MEMS壓阻式溫濕度傳感器的封裝與測試.pdf

1、MEMS濕度傳感器以其體積小、響應(yīng)快、線性好、精度高等優(yōu)點受到越來越多的重視。本實驗室設(shè)計的MEMS壓阻式濕度傳感器的工作原理是當(dāng)環(huán)境濕度變化時，利用感濕聚合物（聚酰亞胺）吸收水分后體積膨脹產(chǎn)生張力，使得壓阻附近的應(yīng)力增大，其阻值產(chǎn)生相應(yīng)的變化，利用惠斯通電橋產(chǎn)生了變化的電壓信號，通過放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過濕度標(biāo)定輸出數(shù)字濕度值。
　　 該傳感器由于采用壓力方式測試濕度變化，存在溫漂效應(yīng)，傳感器易受外部溫度條件的影響，長期工作后

2、誤差大。作者對本實驗室早期的產(chǎn)品進行了測試和分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生溫漂現(xiàn)象的主要原因是感濕聚合物對溫度十分敏感，隨著溫度的變化，感濕聚合物受熱膨脹產(chǎn)生的相應(yīng)形變，與由于濕度變化產(chǎn)出的形變相互耦合，因此產(chǎn)生了在相同的相對濕度不同溫度下，傳感器輸出了不同的相對濕度值。
　　 針對實驗室早期產(chǎn)品存在的問題，作者對系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件程序進行優(yōu)化。在硬件方面將惠斯通電橋電路由恒壓源供電改成電流驅(qū)動方式。改進后的每個壓阻發(fā)熱的平均功耗比改進前降低了

3、100倍。用儀表運算放大器AD623替代了普通運算放大器，提高了系統(tǒng)的輸出精度。增加了FLASH模塊來存儲標(biāo)定的溫濕度數(shù)據(jù)。在軟件方面通過軟件進行溫度補償并修改程序使單片機IDAC輸出的電流在進行AD采樣時產(chǎn)生，其他時間段關(guān)閉IDAC不產(chǎn)生電流，將原來的直流電流改為脈沖電流。改進后傳感器壓阻的發(fā)熱量減小了100倍，進一步抑制了傳感器的溫漂。修改了SMBUS通訊程序，可以使傳感器系統(tǒng)上傳浮點型電壓值并可以及時更新標(biāo)定的數(shù)據(jù)，避免了傳感器的

4、老化。
　　 在封裝方面采用了兩種封裝結(jié)構(gòu)對傳感器系統(tǒng)進行封裝。采用可伐合金材料的外殼進行封裝的傳感器系統(tǒng)體積小巧、便于攜帶，缺點是沒有防爆功能。采用具有防爆功能的封裝盒進行封裝，將傳感器芯片放置在頂部，其他硬件模塊焊接在一塊PCB板上放置在盒子的底部，傳感器芯片與PCB板的間距很大，底部PCB板上所產(chǎn)生的熱量就不會影響到盒子頂部的傳感器芯片，從而減小了傳感器的溫漂現(xiàn)象，封裝后的傳感器在高濕條件下，避免了水汽凝結(jié)在感濕芯片表面，