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rohm 的防水气压传感器不仅仅是天气预报员
来源:赛斯维传感器网 发表于 2022/3/10

mems 压阻式压力传感器与传统气压计不同,具有防水封装、内置温度补偿和高应力耐受性。


虽然气压计已经存在了 300 多年,但现代气压传感器的作用远远超过传统的天气预报。缩小的芯片尺寸现在允许这些传感器在汽车发动机甚至智能手机中发挥作用。 


rohm semiconductor 最近推出了 bm1390glv 气压传感器。这款新器件是一种 mems 压阻式传感器,防水等级为 ipx8,主要针对家用电器、工业设备和紧凑型物联网设备。 


这种常见的传感器有什么独特之处? 


mems 压阻式压力传感器如何工作?

首先,简要回顾一下 bm1390glv 的基本原理可能会有所帮助:压阻效应。这种效应是指响应于外部机械力而发生的材料电阻的变化。与金属相比,半导体的压阻效应更为明显。


如下所示,压阻式压力传感器通过将压阻式传感元件连接到柔性膜片上来 创建惠斯通电桥。

产生惠斯通电桥的压阻式压力传感器。图片由罗姆提供

 

在压力的影响下,隔膜会发生偏转,从而改变压阻元件的电阻。电阻的变化会产生一个与电桥输出端施加的压力成比例的电压信号。


今天的传感器通常具有内置电子设备,可在将电桥输出信号传送到信号调理链中的下一个环节之前进一步处理电桥输出信号。  


mems:一项关键的使能技术

许多传感器,包括压力传感器,都依赖于系统中的可移动部件。mems(微机电系统的缩写)是一种关键技术,可以在信号调节电子设备旁边的硅芯片上实现可移动部件。


下图显示了如何使用该技术在硅芯片上创建微型质量阻尼弹簧系统以实现加速度计传感器。 

cmos mems 加速度计的扫描电子显微照片 (sem)。图片由k. zhang提供


事实上,微制造技术的巨大进步使当今许多小型低成本传感器成为可能。例如, rohm基于 mems 技术 的新型压力传感器采用紧凑的 2.0 mm × 2.0 mm × 1.0 mm 封装。


防水性能

下图比较了 bm1390glv 与传统设计。

图片由罗姆提供

 

bm1390glv 中使用的 mems 和控制电路可能与其他类似产品没有太大区别;但是,新传感器采用专有结构和特殊防水凝胶,可用于需要防水性能的工业设备和家用电器。


bm1390glv 采用防水ipx8 等级封装——防水等级。 


内置温度补偿

应变仪的特性随温度而变化,因此需要进行温度补偿以提高压阻式压力传感器的精度,尤其是当设备要在广泛的温度范围内使用时。


据 rohm 称,bm1390glv 采用专有的温度补偿算法,以大限度地减少温度引起的误差。


下图是新传感器与其他同类产品的性能对比。

bm1390glv 与同类产品的性能比较。图片由罗姆提供

 

该公司声称,新传感器(上面的红色曲线)优于具有内部温度补偿(蓝色曲线)的类似产品,以及那些在外部 mcu 中消除误差的53ky开元官网版最新下载的解决方案(绿色曲线)。另外请注意,由于温度校准不需要外部 mcu,因此新器件可以提供较低的设计复杂度。 


对压力的耐受性

bm1390glv 采用陶瓷封装,可大限度地减少安装应力造成的误差。下图显示了用于新型传感器的陶瓷封装和传统传感器常用的树脂封装的应力模拟。

陶瓷封装与树脂封装的应力模拟。图片由罗姆提供

 

采用更坚固的封装消除了设计人员在使用树脂产品时面临的布局限制,从而提供了更大的设计灵活性。


气压传感器的应用

气压传感器测量绝对气压。除了传统的天气预报应用之外,这些传感器还可以用于智能手机进行导航。由于气压随海拔高度而降低,来自高分辨率气压传感器的信息可用于确定海拔高度。

bm1390glv典型应用电路及框图。图片由罗姆提供


此信息可用于辅助卫星导航或在丢失卫星信号的情况下。航位推算通过估计行进的方向和距离来计算一个人的位置。在某些情况下,气压传感器可以区分小至一步高度的高度变化。 


这些传感器适用于跟踪健身活动和识别手势。气压传感器还用于汽车发动机,以在不同海拔高度行驶时实现效率。 

新型 bm1390glv 气压传感器的用例。图片由罗姆提供

 

rohm的新型传感器主要针对电饭煲、吸尘器等家电产品而设计;需要防水性能的工业设备;在户外运行的小型物联网设备;和无人机。

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