CN114136537A

CN114136537A - 压力传感器

Info

Publication number: CN114136537A
Application number: CN202111300478.2A
Authority: CN
Inventors: 陈智崇; 吴立德
Original assignee: Goertek Microelectronics Inc
Current assignee: Goertek Microelectronics Inc
Priority date: 2021-11-04
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2041-11-04
Also published as: CN114136537B

Abstract

本申请实施例提供了一种压力传感器，包括：压力感测组件、应力感测组件、信号处理模块和控制模块；所述信号处理模块与所述压力感测组件连接，并用于对所述压力感测组件发送的感测信号进行转换以向所述控制模块输出转换信号；所述控制模块与所述应力感测组件和所述信号处理模块连接，并用于根据所述转换信号，生成输出结果；其中，所述控制模块还用于：根据所述应力感测组件，获得所述压力传感器在第一模式下受应力作用转换至第二模式后的应力变化值；根据所述应力变化值，对所述信号处理模块中的参数进行校准，以使所述压力传感器的所述输出结果满足预设条件。该方法使得压力传感器可以自适应的进行校准处理，以保证输出结果的准确性。

Description

压力传感器

技术领域

本公开实施例涉及压力传感器技术领域，更具体地，涉及一种压力传感器。

背景技术

压力传感器(Pressure sensor)，又称压力变送器，是基于感测组件，即压力敏感组件感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的电信号的器件或装置。

目前，如图1所示，为了保证压力传感器输出结果的稳定、准确性，一般在压力传感器出厂之前，会在高温高压舱机台先对压力传感器进行一次校准处理，以将压力传感器输出结果的误差控制在预设范围内；而当压力传感器出厂并被组装在印刷电路板(PCB，Printed Circuit Board)上获得成品设备后，其输出结果的误差一般会变大，因此，通常需要将集成有压力传感器的成品放入高温高压舱机台，以对压力传感器进行二次校准处理，以将其输出结果误差再次控制在预设范围内，以保证压力传感器输出结果的准确性，这存在步骤繁琐、不够方便的问题。

发明内容

本公开的一个目的是提供一种实现压力传感器的新的技术方案，以保证压力传感器输出结果的准确性。

根据本公开的第一方面，提供了压力传感器的一个实施例，包括：

压力感测组件、应力感测组件、信号处理模块和控制模块；

所述信号处理模块与所述压力感测组件连接，并用于对所述压力感测组件发送的感测信号进行转换以向所述控制模块输出转换信号；

所述控制模块与所述应力感测组件和所述信号处理模块连接，并用于根据所述转换信号，生成输出结果；

其中，所述控制模块还用于：根据所述应力感测组件，获得所述压力传感器在第一模式下受应力作用转换至第二模式后的应力变化值；根据所述应力变化值，对所述信号处理模块中的参数进行校准，以使所述压力传感器的所述输出结果满足预设条件。

可选地，所述根据所述应力感测组件，获得所述压力传感器在第一模式下受应力作用转换至第二模式后的应力变化值，包括：

根据所述应力感测组件，获得所述压力传感器在所述第一模式下的第一应力值；

根据所述应力感测组件，获得所述压力传感器在所述第二模式下的第二应力值；

根据所述第一应力值和所述第二应力值，获得所述应力变化值。

可选地，所述根据所述应力变化值，对所述信号处理模块中的参数进行校准，以使所述压力传感器的输出结果满足预设条件，包括：

在所述应力变化值不小于预设阈值的情况下，根据所述应力变化值和预设映射数据，将所述参数的数值设置为目标参数值，以使所述压力传感器的输出结果满足所述预设条件，其中，所述预设映射数据用于反映应力变化值与信号处理模块参数的对应关系。

可选地，所述信号处理模块包括比较电路、滤波电路和信号放大电路；

所述根据所述应力变化值和预设映射数据，将所述参数的数值设置为目标参数值，以使所述压力传感器的输出结果满足所述预设条件，包括：

根据所述应力变化值和所述预设映射数据，将所述比较电路对应的第一参数的数值设置为第一目标参数值、将所述滤波电路对应的第二参数的数值设置为第二目标参数值，以及将所述信号放大电路对应的第三参数的数值设置为第三目标参数值，以使所述压力传感器的输出结果满足所述预设条件。

可选地，所述预设条件包括：在预设工作环境下，所述输出结果的误差值处于-50pa～+50pa范围内。

可选地，所述预设工作环境包括：所述工作环境的温度处于摄氏-20度～摄氏80度范围内，并且所述工作环境的大气压强处于260pa～1260pa范围内。

可选地，所述第一模式包括所述压力传感器未被组装在印刷电路板上的模式，所述第二模式包括所述压力传感器受热应力作用后被组装在印刷电路板上的模式。

可选地，所述压力感测组件和所述应力感测组件独立设置于所述压力传感器内。

可选地，所述压力感测组件和所述应力感测组件集成设置于所述压力传感器内。

可选地，所述应力感测组件集成在所述控制模块中。

本公开实施例的一个有益效果在于，根据本公开的实施例，通过在压力传感器中设置应力感测组件，使得压力传感器可以基于该应力感测组件自适应的感测其在不同模式下的应力变化值，从而使得压力传感器的控制模块可以根据该应力变化值，对信号处理模块的参数进行自适应校准，以使得压力创安其可以在不需要人工参与的情况下，自适应的保证输出结果的准确性。

通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。

图1为现有的针对压力传感器的校准过程示意图。

图2是本公开实施例提供的半导体材料能带结构示意图。

图3是本公开实施例提供的半导体材料受温度变化造成导电率变化的示意图。

图4是本公开实施例提供的压力传感器的第一结构示意图。

图5是本公开实施例提供的压力传感器的校准处理的流程示意图。

图6是本公开实施例提供的压力传感器的第二结构示意图。

图7是本公开实施例提供的压力传感器的第三结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的组件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

本公开的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，在压力传感器经由高温高压舱机台进行一次校准处理并出厂之后，为了将其集成到成品中，一般会通过焊接或回焊炉进行贴片以将压力传感器组装至印刷电路板上。然而，在将压力传感器组装至印刷电路板的过程中，由于需要将焊接或回焊炉的工作温度设置在摄氏350度～摄氏450度才能够将焊钖膏溶化以将压力传感器固定在印刷电路板上，这会导致压力传感器的输出结果的误差范围变大，即，会导致压力传感器的输出结果的准确性下降，因此一般需要人工再次针对成品中的压力传感器使用高温高压舱机台进行二次校准，以将压力传感器的输出结果的误差范围缩小至用户可接受范围内，这存在步骤繁琐且不够方便的问题。

在实现本申请的过程中，针对以上问题，发明人发现，压力传感器的误差范围变大可能是其半导体材料受应力作用而导致的，原因具体见以下说明。

具体地，压力传感器一般是由半导体材料制作，其中，半导体材料是指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类固体材料。而如图2所示，在半导体材料中，电子(Electron)移动(漂移)所需的有效质量(Effectivemass)即为突破能带(energyband)的电压需求，即，电子从价电带(Valenceband)移动到导电带(Conductionband)的能量需求。例如，硅(Si)材料的电压需求为0.7V；锗(Ge)材料的电压需要为0.3V。

能带，是指在形成分子时，原子轨道构成的、具有分立能级的分子轨道。具体地，晶体往往是由大量的原子有序堆积而成的，而由原子轨道所构成的分子轨道的数量非常之大，因此，可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的，即形成了能带。

如图3所示，发明人发现，制作压力传感器的半导体材料受到焊接或回焊炉贴片的高温工作环境所产生的热应力热胀冷缩作用，会导致半导体材料的晶体结构改变；而晶体结构改变，会导致能带改变，即，晶体中的能带因高热变小；而由于能带改变，会导致有效质量改变，即，自由电子从价电带移动到导电带的能量降低；进而会导致其导电率改变。而制作压力传感器的半导体材料的导电率的改变，会造成压力传感器等比例输出的电流或电压值与出厂校准设定时的仿真讯号值不同，进而导致压力传感器输出结果的误差范围变大，例如，从出厂校准后的-50pa～+50pa变大至-300pa～+300pa，从而需要再次对压力传感器进行校准，以保证压力传感器输出结果的准确性。

基于以上原因，发明人认为，可以通过在压力传感器中集成应力感测组件，即，应力传感器，以通过获取压力传感器的应力变化值，使压力传感器自适应的进行校准处理，以使得压力创安其可以在不需要人工参与的情况下自适应的进行校准处理，以保证其输出结果的准确性。

具体请参看图4，其是本公开实施例提供的压力传感器的第一结构示意图。如图4示，本公开的实施例提供的压力传感器100可以包括：压力感测组件101，应力感测组件102，信号处理模块(图中未示出)和控制模块103；信号处理模块与压力感测组件101连接，并用于对压力感测组件发送的感测信号，即压力信号进行转换以向控制模块103输出转换信号；控制模块103与应力感测组件和信号处理模块连接，用于根据转换信号，生成输出结果。

压力感测组件(pressuresenor)101，即压力敏感组件，是对压力变化敏感的组件，其可以产生反应物体受到压力变化的感测信号，即压力信号；应力感测组件(stresssensor)102是对应力变化敏感的组件，其可以输出反映物体受到的应力大小的应力数值；控制模块103可以是微控制单元(MCU，MicrocontrollerUnit)，或者，也可以是控制电路，此处不做特殊限定。

在一个实施例中，该信号处理模块可以是包括比较电路、滤波电路和信号放大电路的模块，压力传感器可以通过信号处理模块中的各种电路，对压力感测组件发送的感测信号，即压力信号进行转换处理，以获得可用于输出反映压力变化的电流信号或电压信号。需要说明的是，由于有关比较电路、滤波电路和信号放大电路的相关描述在现有技术中有详细说明，所以此处不再赘述。

另外，如图5所示，为了解决现有技术中需要人工参与以对压力传感器进行二次校准时所存在的步骤繁琐、不够方便的问题，本公开的实施例提供的压力传感器中的控制模块103还可以通过执行以下步骤S5100～S5200以使得压力传感器可以自适应的对压力传感器的输出结果进行校准，避免人工进行二次校准所存在的步骤繁琐、不够方便的问题，以下予以详细说明。

步骤S5100，根据所述应力感测组件，获得所述压力传感器在第一模式下受应力作用转换至第二模式后的应力变化值。

在本公开的实施例中，压力传感器的第一模式和第二模式，是指压力传感器受应力影响而导致其导电率发送变化之前和之后的两种模式。

例如，根据上述说明可知，第一模式可以是压力传感器未被组装在印刷电路板上的模式，第二模式可以是压力传感器受热应力作用后被组装在印刷电路板上的模式。当然，在具体实施时，第一模式和第二模式也可以是其他工况而导致压力传感器的导电率发生变化前后的模式，此处不做特殊限定。

在一个实施例中，可以通过以下步骤获得压力传感器在第一模式下受应力作用转换至第二模式后的应力变化值：根据应力感测组件，获得压力传感器在第一模式下的第一应力值；根据应力感测组件，获得压力传感器在第二模式下的第二应力值；根据第一应力值和第二应力值，获得应力变化值。

具体地，可以通过压力传感器中的应力感测组件分别获取压力传感器在第一模式和第二模式下的第一应力值和第二应力值，之后，通过获取第一应力值和第二应力值的差值，即可获得该应力变化值。

在步骤S5100之后，执行步骤S5200，根据所述应力变化值，对所述信号处理模块中的参数进行校准，以使所述压力传感器的所述输出结果满足预设条件。

在一个实施例中，所述使所述压力传感器的输出结果满足预设条件，可以为：使该输出结果在预设工作环境下的误差值处于-50pa～+50pa范围内，其中，该预设工作环境例如可以为温度处于摄氏-20度～摄氏80度范围内并且大气压强处于260pa～1260pa范围内。

具体地，为了避免压力传感器频繁进行自适应校准而可能带来的功耗浪费问题。在一个实施例中，可以在上述步骤获得的应力变化值不小于预设阈值的情况下，根据该应力变化值和预设映射数据，将信号处理模块的参数的数值设置为目标参数值，以使压力传感器的输出结果满足所述预设条件，其中，该预设映射数据用于反映应力变化值与信号处理模块参数的对应关系。

在一个实施例中，在信号处理模块包括比较电路、滤波电路和信号放大电路的情况下，可以根据该应力变化值和该预设映射数据，将该比较电路对应的第一参数的数值设置为第一目标参数值、将该滤波电路对应的第二参数的数值设置为第二目标参数值，以及将信号放大电路对应的第三参数的数值设置为第三目标参数值，以使所述压力传感器的输出结果满足所述预设条件，其详细处理过程此处不再赘述。

需要说明的是，上述预设阈值，是用于反映压力传感器收到的应力变化强度的数值，在具体实施时，该数值可以根据需要进行设置，此处不做特殊限定。在以上图4所示的压力传感器中，是将压力感测组件、应力感测组件和控制模块分别单独设置在压力感测组件，在具体实施时，需要控制模块分别对压力感测组件和应力感测组件传输的信号进行处理以进行自适应校准。

还需要说明的是，本公开实施例提供的压力传感器可以不局限于图4所示的结构，例如，本公开实施例提供的压力传感器还可以为图6所示的结构，即，将压力感测组件和应力感测组件通过内建方式集成设置在压力传感器内；或者，本公开实施例提供的压力传感器也可以为图7所示的结构，即，将压力感测组件单独设置，而将应力感测组件以内建方式集成设置在控制模块中。

综上所述，本公开的实施例提供的压力传感器，通过在压力传感器中设置应力感测组件，使得压力传感器可以基于该应力感测组件自适应的感测其在不同模式下的应力变化值，从而使得压力传感器的控制模块可以根据该应力变化值，对信号处理模块的参数进行自适应校准，以使得压力创安其可以在不需要人工参与的情况下，自适应的保证输出结果的准确性。

本说明书的一个实施例或者多个实施例可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本说明书的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本说明书实施例操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本说明书的各个方面。

这里参照根据本说明书实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本说明书的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本说明书的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人物来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。

以上已经描述了本说明书的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人物来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人物能理解本文披露的各实施例。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：

压力感测组件、应力感测组件、信号处理模块和控制模块；

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述根据所述应力感测组件，获得所述压力传感器在第一模式下受应力作用转换至第二模式后的应力变化值，包括：

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述根据所述应力变化值，对所述信号处理模块中的参数进行校准，以使所述压力传感器的输出结果满足预设条件，包括：

4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述信号处理模块包括比较电路、滤波电路和信号放大电路；

5.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述预设条件包括：在预设工作环境下，所述输出结果的误差值处于-50pa～+50pa范围内。

6.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，所述预设工作环境包括：所述工作环境的温度处于摄氏-20度～摄氏80度范围内，并且所述工作环境的大气压强处于260pa～1260pa范围内。

7.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述第一模式包括所述压力传感器未被组装在印刷电路板上的模式，所述第二模式包括所述压力传感器受热应力作用后被组装在印刷电路板上的模式。

8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力感测组件和所述应力感测组件独立设置于所述压力传感器内。

9.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力感测组件和所述应力感测组件集成设置于所述压力传感器内。

10.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述应力感测组件集成在所述控制模块中。