CN114563127A - 一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于创血压传感芯片的生产校准领域，尤其是一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，针对现有的在实际操作过程中，尤其是应用在医疗检测人体有创血压过程，受单个桥臂电阻调阻范围及调阻精度的限制，通过传统的将厚膜电阻印刷在载板上再激光调阻，其桥臂电阻也很难在使用的各种环境下达到完美的补偿的问题，现提出如下方案，其包括以下步骤：S1：将四个桥臂电阻Ra,Rb,Rc,Rd集成在片内IC上，在片外的电源VDD以及接地端GND分别接上一个上拉电阻R1及下拉电阻R2，本发明通过改变压力传感器的结构以及对负载电路上的电阻进行激光微调，使得压力传感器的一致性和精度达到确定的范围。
Description
技术领域
本发明涉及创血压传感芯片的生产校准技术领域，尤其涉及一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法。
背景技术
在当今社会的各个领域，压力传感器都是必不可少的。其中的电阻应变式压力传感器广泛应用于各种工业自控环境，是工业实践中最为常用的一种传感器。其工作原理是将电阻应变片粘贴在弹性元件特定表面上，当受到力的作用时会导致元件产生应变变化，从而引起电阻应变片电阻的变化。电阻的变化再经过电路的处理后以电信号的方式输出。传统的压阻式压力传感器电路一般采用惠斯通电桥电路，利用厚膜印刷技术将电阻浆料印刷在载板上，在使用过程中对电路外接电源，载板由于受到力的作用，其印刷在载板上的电阻浆料也会产生形变，从而转化为电阻的变化，最终将通过电路转换为电信号，从而实现压力的测量。如图1所示，它的结构中主要由四个阻值相同的压敏电阻R组成桥臂，其对称的两端分别接电源VDD及GND，另外对称两端接输出Vout+及Vout-。在平衡状态下Vout+与Vout-两端相等，当受到应力作用时两个电阻值增加，检测输出两端电压差值通过计算即可检测到压力值。但在实际电桥的印刷及制作过程中，受电阻材料及印刷精度的影响，惠斯通电桥的四个电阻相互之间会存在一定的误差，且随着环境的变化，尤其是温度的影响其阻值也会更加的不稳定，此时，为解决四个桥臂电阻的偏差，一般通过激光调阻来实现桥臂电阻的均衡以此达到输出失调及对温度做出补偿。但是在实际操作过程中，尤其是应用在医疗检测人体有创血压过程，受单个桥臂电阻调阻范围及调阻精度的限制，通过传统的将厚膜电阻印刷在载板上再激光调阻，其桥臂电阻也很难在使用的各种环境下达到完美的补偿。
针对以上问题，我们发现，要想提高压力传感器的精度，使其能够检测人体有创血压必须对其结构和加工方式做出改变，而我们可以在原有电桥的基础上在外围附加上一个电路，使得本来是固定值的负载电阻变得可调，同时随着半导体技术的发展，利用单晶硅的压阻效应及微加工技术完美结合制成的压力传感器应运而生，其主要采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术。采用单晶硅制成的压力传感器内部一般也采用惠斯通电桥电路，其实现原理为压阻效应、薄板弯曲理论的结合，测量方法也是运用惠斯通电桥原理。通过双向改变以此来对差分输出失调的温度系数做出补偿。
发明内容
本发明提出的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，解决了现有的在实际操作过程中，尤其是应用在医疗检测人体有创血压过程，受单个桥臂电阻调阻范围及调阻精度的限制，通过传统的将厚膜电阻印刷在载板上再激光调阻，其桥臂电阻也很难在使用的各种环境下达到完美的补偿的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，包括以下步骤：
S1：将四个桥臂电阻Ra,Rb,Rc,Rd集成在片内IC上，在片外的电源VDD以及接地端GND分别接上一个上拉电阻R1及下拉电阻R2，同时在下拉电阻R2上接入两个并联的电阻R3和R4，通过封装将片内片外结合，封装为完整的有创血压传感器；
S2：将多个有创血压传感器放置于治具上；
S3：治具不加压，有创血压传感器不供电，测量Vout+与Vout-之间的电阻；
S4：调整电阻R3；
S5：有创血压传感器上电6Vdc，调整电阻R4；
S6：有创血压传感器上电2Vdc，通过判断确定调整电阻R1或者电阻R2；
S7：断开电源，测量Vout+与Vout-之间的电阻；
S8：有创血压传感器上电6Vdc，治具加压300mmHg，调整电阻R1和R2；
S9：切断治具加压，有创血压传感器上电2Vdc，测量Vout+与GND之间电压值和Vout-与GND之间电压值；
S10：断开电源，下料，校准结束。
优选的，所述S1中，将四个桥臂电阻Ra,Rb,Rc,Rd利用微加工技术利用单晶硅集成在片内IC上，在片外的电源VDD以及接地端GND分别接上一个上拉电阻R1及下拉电阻R2，同时在下拉电阻R2上接入两个并联的电阻R3和R4，通过封装将片内片外结合，封装为完整的有创血压传感器。
优选的，所述电阻R1、R2、R3和R4采用贴片定值电阻或者采用金属厚膜电阻印刷在材质为玻璃纤维基板或者AL2O3陶瓷基板上。
优选的，所述S3中，治具不加压，气道与外界直接联通，零压力，压力传感器内外气压相等，有创血压传感器不供电，测得Vout+与Vout-的电阻记为Roi。
优选的，所述S4中，VDD与GND均断开，调整电阻R3，使满足：Vout+与Vout-之间的电阻＝(300ohm+Roi)/2。
优选的，所述S5中，有创血压传感器上电6Vdc，调整电阻R4使满足Vout+与Vout-的输出差分电压：Vout+-Vout-＝0V+/-5uV。
优选的，所述S6中，有创血压传感器上电2Vdc，通过判断确定调整电阻R1或者电阻R2，如果V out+与GND之间的电压值大于1Vdc，调整电阻R1，如果小于1Vdc则调整电阻R2，调整后Vout+与GND之间电压值记为V1，Vout-与GND之间电压值记为V2，此时应满足：(V1+V2)/2＝1V+/-1mV。
优选的，所述S7中，断开电源，测量Vout+与Vout-之间的电阻应为300+/-5ohm。
优选的，所述S8中，有创血压传感器上电6Vdc，治具加压300mmHg，调整电阻R1和R2，使得Vout+与Vout-的输出差分电压满足：Vout+-Vout-＝9mV+/-10uV。
优选的，所述S9中，切断治具加压，有创血压传感器上电2Vdc，测量Vout+与GND之间电压值记为V3，Vout-与GND之间电压值记为V4，此时应满足(V3+V4)/2＝1V+/-10mV。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本设计为有创血压传感器的校准提供了完整的解决方案，通过整个流程的校准，解决了传统压力传感器调阻方法调整精度很难达到运用在人体有创血压的测量，同时解决了传统压力传感器在调阻后还容易受到温度波动的影响。
本发明通过改变压力传感器的结构以及对负载电路上的电阻进行激光微调，使得压力传感器的一致性和精度达到确定的范围。
附图说明
图1为本发明提出的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法的传统压力传感器电路图；
图2为本发明提出的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法的结合了贴片金属膜电阻的创血压传感器电路图；
图3为本发明提出的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法的有创血压传感器校准流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
参照图2-3，一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，包括以下步骤：
S1：将四个桥臂电阻Ra,Rb,Rc,Rd集成在片内IC上，在片外的电源VDD以及接地端GND分别接上一个上拉电阻R1及下拉电阻R2，同时在下拉电阻R2上接入两个并联的电阻R3和R4，通过封装将片内片外结合，封装为完整的有创血压传感器；
S2：将多个有创血压传感器放置于治具上；
S3：治具不加压，有创血压传感器不供电，测量Vout+与Vout-之间的电阻；
S4：调整电阻R3；
S5：有创血压传感器上电6Vdc，调整电阻R4；
S6：有创血压传感器上电2Vdc，通过判断确定调整电阻R1或者电阻R2；
S7：断开电源，测量Vout+与Vout-之间的电阻；
S8：有创血压传感器上电6Vdc，治具加压300mmHg，调整电阻R1和R2；
S9：切断治具加压，有创血压传感器上电2Vdc，测量Vout+与GND之间电压值和Vout-与GND之间电压值；
S10：断开电源，下料，校准结束。
实施例二
参照图2，将四个桥臂电阻利用微加工技术利用单晶硅集成在IC上，图中Ra,Rb,Rc,Rd为四个桥臂电阻集成在片内。同时为进一步提升桥臂电阻的精度及应对桥臂电阻失调的情况，在片外的电源VDD以及接地端GND分别接上一个上拉电阻R1及下拉电阻R2，同时在下拉电阻R2上接入两个并联的电阻R3和R4，这四个片外电阻可以采用贴片定值电阻或者采用金属厚膜电阻印刷在材质为玻璃纤维基板或者AL2O3陶瓷基板上。通过封装将片内片外结合，封装为完整的有创血压传感器，最终结合后其结构如图2所示。在此我们探究封装完成后的校准方案。
一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，包括以下步骤：
S1：在批量校准之前需准备以下设备：1.激光调阻机；2.与有创血压传感器封装相匹配的治具且治具与外部精密供气源相连固定于激光调阻机机台上；3.电阻及电压测量设备；
S2：将多个封装完成后的产品放置于治具上；
S3：压力治具不加压，气道与外界直接联通(零压力，压力传感器内外气压相等)；
S4：VDD与GND均断开，测得Vout+与Vout-的电阻记为Roi；
S5：VDD与GND均断开，通过调整R3，使满足：Vout+与Vout-之间的电阻＝(300ohm+Roi)/2；
S6：VDD与GND上电6Vdc导通，通过调整R4使满足Vout+与Vout-的输出差分电压：Vout+-Vout-＝0V+/-5uV；
S7：VDD与GND上电2Vdc导通，如果V out+与GND之间的电压值大于1Vdc，调整电阻R1，如果小于1Vdc则调整电阻R2，调整后Vout+与GND之间电压值记为V1，Vout-与GND之间电压值记为V2，此时应满足：
(V1+V2)/2＝1V+/-1mV；
S8：VDD与GND均断开测试此时Vout+与Vout-之间的电阻应为300+/-5ohm；
S9：VDD与GND上电6Vdc导通，治具由气源提供300mmHg气压，同时激光调节电阻R1和R2，使得Vout+与Vout-的输出差分电压满足：Vout+-Vout-＝9mV+/-10uV；
S10：切断治具供气，VDD与GND上电2Vdc导通，测量Vout+与GND之间电压值记为V3，Vout-与GND之间电压值记为V4，此时应满足(V3+V4)/2＝1V+/-10mV；
S11：断开电源，下料，校准结束。
本实施例中，电阻R1为300-1000Ω，电阻R2为300-1000Ω，电阻R3为10-100Ω，电阻R4为10-100Ω，电阻Ra为200-300Ω,电阻Rb为200-300Ω,电阻Rc为200-300Ω,电阻Rd为200-300Ω。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将四个桥臂电阻Ra,Rb,Rc,Rd集成在片内IC上，在片外的电源VDD以及接地端GND分别接上一个上拉电阻R1及下拉电阻R2，同时在下拉电阻R2上接入两个并联的电阻R3和R4，通过封装将片内片外结合，封装为完整的有创血压传感器；
S2：将多个有创血压传感器放置于治具上；
S3：治具不加压，有创血压传感器不供电，测量Vout+与Vout-之间的电阻；
S4：调整电阻R3；
S5：有创血压传感器上电6Vdc，调整电阻R4；
S6：有创血压传感器上电2Vdc，通过判断确定调整电阻R1或者电阻R2；
S7：断开电源，测量Vout+与Vout-之间的电阻；
S8：有创血压传感器上电6Vdc，治具加压300mmHg，调整电阻R1和R2；
S9：切断治具加压，有创血压传感器上电2Vdc，测量Vout+与GND之间电压值和Vout-与GND之间电压值；
S10：断开电源，下料，校准结束。
2.根据权利要求1所述的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，其特征在于，所述S1中，将四个桥臂电阻Ra,Rb,Rc,Rd利用微加工技术利用单晶硅集成在片内IC上，在片外的电源VDD以及接地端GND分别接上一个上拉电阻R1及下拉电阻R2，同时在下拉电阻R2上接入两个并联的电阻R3和R4，通过封装将片内片外结合，封装为完整的有创血压传感器。
3.根据权利要求2所述的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，其特征在于，所述电阻R1、R2、R3和R4采用贴片定值电阻或者采用金属厚膜电阻印刷在材质为玻璃纤维基板或者AL2O3陶瓷基板上。
4.根据权利要求1所述的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，其特征在于，所述S3中，治具不加压，气道与外界直接联通，零压力，压力传感器内外气压相等，有创血压传感器不供电，测得Vout+与Vout-的电阻记为Roi。
5.根据权利要求4所述的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，其特征在于，所述S4中，VDD与GND均断开，调整电阻R3，使满足：Vout+与Vout-之间的电阻＝(300ohm+Roi)/2。
6.根据权利要求1所述的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，其特征在于，所述S5中，有创血压传感器上电6Vdc，调整电阻R4使满足Vout+与Vout-的输出差分电压：Vout+-Vout-＝0V+/-5uV。
7.根据权利要求1所述的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，其特征在于，所述S6中，有创血压传感器上电2Vdc，通过判断确定调整电阻R1或者电阻R2，如果V out+与GND之间的电压值大于1Vdc，调整电阻R1，如果小于1Vdc则调整电阻R2，调整后Vout+与GND之间电压值记为V1，Vout-与GND之间电压值记为V2，此时应满足：(V1+V2)/2＝1V+/-1mV。
8.根据权利要求1所述的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，其特征在于，所述S7中，断开电源，测量Vout+与Vout-之间的电阻应为300+/-5ohm。
9.根据权利要求1所述的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，其特征在于，所述S8中，有创血压传感器上电6Vdc，治具加压300mmHg，调整电阻R1和R2，使得Vout+与Vout-的输出差分电压满足：Vout+-Vout-＝9mV+/-10uV。
10.根据权利要求1所述的一种有创血压传感芯片零位和灵敏度的校准方法，其特征在于，所述S9中，切断治具加压，有创血压传感器上电2Vdc，测量Vout+与GND之间电压值记为V3，Vout-与GND之间电压值记为V4，此时应满足(V3+V4)/2＝1V+/-10mV。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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