CN218180179U - 一种用于消防安全ai系统的mems压差传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器，包括壳体和安装在壳体顶部的上盖，以及安装在壳体底部形成感应腔体的下盖，壳体两侧的外壁上安装有多个向外侧延伸的引脚，壳体同下盖形成感应腔体，且感应腔体内分别设置MEMS芯片和ASIC芯片，MEMS芯片和ASIC芯片设置在感应腔体上部，MEMS芯片、ASIC芯片、传感器引脚之间连接有键合引线。本实用新型压差传感器的测量过程进行温度补偿和标定，减少其因温度变化受到的影响，提升测量的准确性，且测量后的数据利用ASIC芯片实现标准数字信号输出，以满足物联网低功耗数字信号输出的要求。

Description

一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器

技术领域

本实用新型涉及压差传感器技术领域，尤其涉及一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器。

背景技术

余压监控系统，又名智能压差测控系统、余压控制系统、防排烟余压监测系统、消防余压探测系统、通风压差检测系统等，主要辅助高层建筑正压送风系统在防烟排烟过程中，满足走廊至消防前室、封闭避难层(间)、防烟楼梯间的压力呈递增分布，对其余压进行检测和控制。加压送风余压控制系统主要由余压探测器(余压传感器)、余压控制器(箱)、余压监控器、泄压阀(旁通阀)电动执行器、气管等组成。

压差传感器是用来测量两个压力之间差值的传感器，通常用于测量某一设备或部件前后两端的压差，压差传感器的工作原理是被测压力直接作用于传感器的膜片上，使膜片产生与压力成正比的微位移，使MEMS传感器的电阻值发生变化，利用电子线路检测这一变化，并转换输出一个相对应压力变化的标准测量信号，现有的压差传感器存在防水和耐化学腐蚀效果差，并且在不同温度下的输出精度低变化较大的缺点，使得压差传感器在工作时容易损坏，并且取得的数据精度变差，从而降低了压差传感器的使用寿命和消防安全系统的可靠性。

而在消防安全系统中，需要利用到压差传感器获取管道中的压力数据，但是压差传感器在使用过程中，容易受到温度特性的影响，特别是在消防安全系统中，温度变化范围较大，因此需要采用措施加以补偿。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器，克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

本实用新型的提供了一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器，包括壳体和安装在壳体顶部的上盖，以及安装在壳体底部形成感应腔体的下盖，所述壳体底部连接有下盖，并通过胶水进行粘连，所述壳体两侧的外壁上安装有多个向外侧延伸的引脚，所述壳体同下盖形成感应腔体，且感应腔体内分别设置有MEMS芯片和ASIC芯片，所述MEMS芯片和ASIC芯片设置在感应腔体上部，所述MEMS芯片、ASIC芯片、传感器引脚之间连接有键合引线。

作为本实用新型进一步的方案，所述上盖顶部分别连接有测量压力口和参考压力口，并分别连接消防系统中压力通道的测量压力连接端和参考压力连接端。

作为本实用新型进一步的方案，所述测量压力口和参考压力口分别通过两个压力接口与感应腔体连接，且两个压力接口均设置在支撑框架底部。

作为本实用新型进一步的方案，多个所述引脚分别用于数字输出和外接采集控制系统。

作为本实用新型更进一步的方案，所述壳体内部还嵌设有支撑框架，所述感应腔体、MEMS芯片以及ASIC芯片均设置在支撑框架的内部。

本实用新型提供了一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器，有益效果在于：通过ASIC+MEMS方案，进行温度补偿，对压差传感器的测量过程进行温度补偿和标定，减少其因温度变化受到的影响，提升测量的准确性，且测量后的数据利用ASIC芯片实现标准数字信号输出，以满足物联网低功耗数字信号输出的要求，提高了实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型的内部结构示意图。

图2为本实用新型的整体结构示意图。

图中：1、壳体；2、下盖；3、上盖；4、引脚；5、感应腔体；6、MEMS芯片；7、ASIC芯片；8、键合引线；9、测量压力口；10、参考压力口；11、支撑框架；12、压力接口。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参见图1和图2，本实用新型实施例提供的一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器，包括壳体1和安装在壳体1顶部的上盖3，以及安装在壳体1底部形成感应腔体5的下盖2，壳体1底部连接有下盖2，并通过胶水进行粘连，且壳体1两侧的外壁上安装有多个向外侧延伸的引脚4，壳体1同下盖2形成感应腔体5，且感应腔体5内分别设置有MEMS芯片6和ASIC芯片7，MEMS芯片6和ASIC芯片7设置在感应腔体5上部，MEMS芯片6、ASIC芯片7、传感器引脚4之间连接有键合引线8。

压差传感器的MEMS芯片6处增加了一个信号调理芯片，即ASIC芯片7，形成ASIC+MEMS方案，可进行温度补偿，实现标准数字信号输出，满足物联网低功耗数字信号输出的要求。

压差传感器在消防系统应用过程中的温度补偿具体为：

采用定制的ASIC芯片7，利用不同功能的逻辑单元，搭建模拟电路、存储单元以及ADC转换单元，并建立温度误差的数学模型，通过编程计算补偿温度变化的影响，实现软件方式的温度误差补偿，以降低压差传感器在使用过程中因温度变化出现的误差。

上盖3顶部分别连接有测量压力口9和参考压力口10，并分别连接消防系统中压力通道的测量压力连接端和参考压力连接端，测量压力口9和参考压口10分别通过两个压力接口12与感应腔体5连接，且两个压力接口12均设置在支撑框架11底部，测量压力口9和参考压力口10为两个压力接口，连接消防系统中的压力通道，实现压力测量。

多个引脚4分别用于数字输出和外接采集控制系统，引脚4还与MEMS芯片6连接，分别用于数字输出和外接采集控制系统。

壳体1内部还嵌设有支撑框架11，感应腔体5、MEMS芯片6以及ASIC芯片7均设置在支撑框架11的内部。

本实用新型在使用过程中，工作时，消防系统中的压力变化通过测量压力口9、参考压力口10和压力接口12作用在感应腔体5内的MEMS芯片6，利用MEMS芯片6对压力进行测量，当MEMS芯片6中的膜片在受到压力作用发生位移的时候，电阻相应发生变化，电桥就会有相应的有规律的输出，从而获取消防系统中的压差变化，而MEMS芯片6在对压力进行测量时，因温度特性的影响，会造成测量结构具有一定的误差，即测量结果不准确。

因此，在这个过程中，将MEMS芯片6连接ASIC芯片7，并通过压力计算方程式：

Pcal＝C00+[C10+Padc]+[C01*Tadc]+[C20*Padc^2]+[C02*Tadc^2]+[C30*Pad c^3]+[C11*Padc*Tadc]+[C12*Padc*Tadc^2]+[C21*Padc^2*Tadc]，

Tadc：温度ADC转换数据；

Padc：压力ADC转换数据；

C00：压力零点偏置；

C10：一阶压力校准系数；

C01：一阶温度校准系数；

C20：二阶压力校准系数；

C02：二阶温度校准系数；

C30：三阶压力校准系数；

C11：一阶压力一阶温度校准系数；

C12：一阶压力二阶温度校准系数；

C21：二阶压力一阶温度校准系数；

Pcal：压力计算值；

设备在出厂前，先在压差传感器的本身设定三个温度点；

采集第一个温度点的四个不同压力点电压信号数据和温度信号数据；

采集第二个温度点的四个不同压力点电压信号数据和温度信号数据；

采集第三个温度点的四个不同压力点电压信号数据和温度信号数据；

且三个温度点上的四个不同压力点是一一对应的关系；

依据所采集到的电压信号数据以及温度信号数据解多元线性方程组，即将电压信号数据以及温度信号数据带入公式：

Pcal＝C00+[C10+Padc]+[C01*Tadc]+[C20*Padc^2]+[C02*Tadc^2]+[C30*Pad c^3]+[C11*Padc*Tadc]+[C12*Padc*Tadc^2]+[C21*Padc^2*Tadc]，并进行计算，

依次计算出可得校准系数C00、C10、C01、C20、C02、C30、C11、C12、C21；

此计算由校准软件自动完成；

将校准系数写入传感器ASIC寄存器中；

用户使用时，读出校准系数，将校准系数与压力及温度ADC采集值带入公式：Pcal＝C00+[C10+Padc]+[C01*Tadc]+[C20*Padc^2]+[C02*Tadc^2]+[C30*Padc^3]+[C11*Padc*Tadc]+[C12*Padc*Tadc^2]+[C21*Padc^2*Tadc]，即可计算出测量点经过温度补偿后的数值，即得出此时的压力计算值；

可实现对压差传感器在测量过程产生的误差进行温度补偿和标定，减少其因温度变化受到的影响，提升测量的准确性。

测量后的数据利用ASIC芯片7实现标准数字信号输出，以满足物联网低功耗数字信号输出的要求，提高了实用性。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器，包括壳体(1)和安装在壳体(1)顶部的上盖(3)，以及安装在壳体(1)底部形成感应腔体(5)的下盖(2)，其特征在于，所述壳体(1)底部连接有下盖(2)，并通过胶水进行粘连，所述壳体(1)两侧的外壁上安装有多个向外侧延伸的引脚(4)，所述壳体(1)同下盖(2)形成感应腔体(5)，且感应腔体(5)内分别设置有MEMS芯片(6)和ASIC芯片(7)，所述MEMS芯片(6)和ASIC芯片(7)设置在感应腔体(5)上部，所述MEMS芯片(6)、ASIC芯片(7)、传感器引脚(4)之间连接有键合引线(8)。

2.根据权利要求1所述的一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器，其特征在于，所述上盖(3)顶部分别连接有测量压力口(9)和参考压力口(10)，并分别连接消防系统中压力通道的测量压力连接端和参考压力连接端。

3.根据权利要求2所述的一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器，其特征在于，所述测量压力口(9)和参考压力口(10)分别通过两个压力接口(12)与感应腔体(5)连接，且两个压力接口(12)均设置在支撑框架(11)底部。

4.根据权利要求1所述的一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器，其特征在于，多个所述引脚(4)分别用于数字输出和外接采集控制系统。

5.根据权利要求1所述的一种用于消防安全AI系统的MEMS压差传感器，其特征在于，所述壳体(1)内部还嵌设有支撑框架(11)，所述感应腔体(5)、MEMS芯片(6)以及ASIC芯片(7)均设置在支撑框架(11)的内部。

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