应用于医疗中的硅压阻式传感器的误差问题

压阻式智能传感器在医疗行业的误差问题:

校准SPRT传感器的主要难点是误差范围广，采用不同技术生产的SPRT传感器有不同类型的误差和误差范围。同一厂家提供的同一型号传感器的误差范围也有轻微差异。SPRT传感器的误差因素包括偏信号随温度变化的强非线性(高达1%ok)大初始失调(满偏100%以上)和失调随温度的强漂移等。在一定的限度内，这些缺陷可以通过电子电路进行补偿。

在一定温度下，SPRT桥梁电阻(Vcc与地面等效电阻)可以在较宽的压力范围内保持相当一定，但随着温度的提高，桥梁电阻显着增加，如果桥梁由恒流源驱动，则桥梁电压(指Vcc与地面等效电阻与恒流源输出电流的乘积)增加。随着温度的提高，桥梁电压的灵敏度也会增加。另一方面，如果桥梁电压保持一定，SPRT的压力敏感度会随着温度的提高而降低。

因此，SPRT的压力敏感度受到两个对立因素的影响:温度和桥面电压。这种桥面电阻或桥面电压的变化可以通过现代信号调节电路IC来纠正SPRT灵敏度在温度范围内的误差。值得注意的是，这种信号调节电路IC可以根据桥面电阻的变化修正灵敏度随温度的变化而变化。通过对SPRT产生误差的主要因素的分析，可以有针对性地进行校正和补偿。下面为大家介绍一下目前常用的传统修改、现代修改和简化补偿方法。

五是传统的校正方法。

可以将SPRT精度补偿到适当的水平，调节SPRT失调、失调的温度漂移和SPRT敏感度的温度漂移。与SPRT敏感温度漂移有关的是全部榆树(FSO)的温度漂移，这两个参数(指SPRT敏感温度漂移与全部榆树的温度漂移)的温度特性成正比。电路中的零阻力Rjz用于补偿室温下传感器的失调电压，温度敏感阻力Rts和Rtz(或Rtz)用于校正温度误差。前面提到，桥梁阻力随着温度的升高而增加，传感器两端的电压Vo+Vo-()也增加，这种增加的电压△Vo+Vo-会提高传感器的灵敏度，也就是说在给定的压力下输出更高的电压。

然而，如果传感器两端的电压保持不变，则传感器的灵敏度会随着温度的升高而降低(或称为负向灵敏度系数)，但当它受到温度的影响而增加时，它的灵敏度的正向变化系数大于负向灵敏度系数，因此满偏输出(FSO)倾向于随着温度的升高而增加。当温度升高时，阻力Rts可以切断桥梁电流的一部分，从而抵消上述效果。类似地，Rtz或Rtz可以纠正不平衡的漂移。电路中Rts的选择还是Rtz取决于不平衡的温度漂移方向。

这种传统的修改方法的优点是程序简单便宜，但主要问题是各补偿元件相互影响，修改非常困难，限制了可以达到的精度，这种修改技术也不方便电子调整。

6.现代校正-补偿技术。

由于SPRT的误差范围很广，所以必须通过现代化和简化补偿法来校准。目前，现代校正-补偿技术是MAX145新信号调节芯片和SPRT的组合，即智能传感器和技术。

一个信号调节MAXl457集成电路，驱动呼吸监控器硅压阻传感器（SPRT），校正传感器误差。MAXl457具有驱动传感器的控制电流源和采样传感器桥路电压的ADC(模块转换器)。

MAXl457还包括一个可编程增益功放(PGA)，用于扩大传感器的差异输出；还有5个数字数字数字数字转换器，用于校正各种传感器的误差。由于传感器输出弱信号，PGA输出电压不足以驱动ADC。因此，MAXl457的内置功放可以用来将PGA的输出提高到适当的水平。

由于桥梁电压随着温度的升高而升高，这种温度相关性可用于补偿全偏输出的温度误差。对于恒流源激励桥架来说，满偏输出（FSO）随着温度的升高而降低，导致满偏输出的温度相关误差（FSOTC）。但是，如果桥梁的电压根据温度以一定的速度上升，正好根据温度下降全部敏感度，全部偏差输出(FSO)将保持一定。

1）MAXl457如何用这种方法校正温度引起的全输出误差？

首先，通过ADC量化桥梁电压，根据量化结果，找出预计的四个校正系数(保存在EEPROM中)，并将其送到FSOTCDAC。然后DAC输出电压调整桥梁激励电流，调整后的激励电流改变桥梁电压，补偿特定温度下传感器灵敏度变化引起的全偏差输出误差。

为了实现平滑校正，桥梁电压作为FSOTCDAC的参考输入，在相邻的两个数字补偿点(ADC提供给EEPROM)之间进行模拟补偿。用同样的方法补偿不平衡的温度漂移(OFFSETTC)，不同的是OFFSETCDAC的输出电压对PGA输出端的要求和节点(而不是MAX1457的电流源)。

2)上述四个温度校正系数的计算步骤。

首先将传感器和MAXl457放在最低温度，获取不同压力下的传感器数据，然后将传感器和MAXl457放在最高温度下，获取不同压力下的传感器数据。

利用这些极限温度点数据，专为MAXl457设计的应用软件可以计算四个校准系数：满输出（FSO）、满输出温度相关误差（FSOTC）、偏差-失调（Offset）、失调温度偏差（OFFSETC），可以修改SPRT的一级误差。

为了获得0.1%的精度，MAXl457允许在特定温度下进行补偿，只需按规定温度计算FSOTC和OFFSETC，用户就可以确定校准点的数量（最多120点）。如果传感器误差具有良好的重复性，SPRT和MAXl457的组合精度可达0.1%以上。

与传统方法相比，MAXl457的补偿技术具有明显的优势。MAXl457消除了补偿部件之间的相互影响，由于相互独立的失调和满度调节:失调在PGA输出端得到补偿，FSO通过电流源得到补偿。另一个优点是，对不同的温度点进行特定的修正，可以获得更高的精度。这种方法本质上优于外部电阻，因为后者无法在特定温度点精确补偿传感器。

MAX1457提供的精度远远高于呼吸监视器的要求，因此选择它主要是因为内部有额外的运输，可以扩大呼吸监视器传感器的低电平信号。由于MAX1457可以使监控器在宽温度范围内工作，SPRT和MAX1457的组合可以获得优异的精度，因此可以应用于空间探测和潜水呼吸器。

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