جبران سازی پسماند سنسور فشار پیزو-مقاومتی سیلیکونی
چکیده
هدف این مقاله، بررسی جبرانسازی خطای پسماند از سنسور فشار سیلیکونی به منظور بهبود دقت و درستی سنسور می باشد. هدف این بررسی، اشاعۀ سنسورهای فشاری پیزومقاومتی سیلیکونی در زمینۀ صنعتی در گستره-ای بزرگ و بر اساس تکنولوژی MEMS می باشد. به دلیل مشخصۀ پیچیدۀ پسماند این سنسور و دشواری هایی در جبرانسازی آن، در حال حاضر هیچگونه نمونه و پیش نویس هایی در مطالعات مرتبط با آن وجود ندارد. نویسنده عوامل مسبب و تأثیرگذار مشخصۀ پسماند را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و از طریق آزمایش آنها را آشکار و اثبات نموده است، که در آن سنسور فشار سیلیکونی شرایط لازم و کافی مدل عمومی پریساک را برآورده می-سازد. به وسیلۀ استفادۀ مدل پریساک از سنسور و جبرانسازی برای خطای پسماند با استفاده از الگوریتم جبرانسازی بر مدل معکوس عمومی پریساک، این آزمایش نشان داده است که خطای پسماند پس از جبرانسازی به طرز قابل توجهی کاهش می یابد، از اینرو دقت سنسور را نیز افزایش می دهد.
1. مقدمه
مشخصه های پسماند به طور وسیعی در سیستم های مکانیکی نظیر سنسورها، به عنوان فرمی از غیرخطی ناهموار دارای نگاشت چندمقداری یافت می شوند. در حوزۀ سنسور، مشخصه های پسماند همان ناهمسانی های مشخصه های استاتیک بین متغیرهای ورودی صعودی و نزولی در مقیاسی کامل هستند [1]. از سه نشانگر در حکم کارائی های سنسور، خطاهای غیرخطی بودن، خطاهای پسماند و خطاهای تکرارپذیری، خطای پسماند به تنهایی تقریباً %30 از تمامی خطاهای ذاتی را موجب می شود، و آن را در دقت سنسور به یک عامل کلیدی تبدیل می سازد. تاکنون، انتشارات موجود مربوط به جبرانسازی سنسور فشار سیلیکونی بر خطاهای غیر خطی بودن تمرکز نموده است و در آن وجه، قبلاً نتایج سامان مند و جامعی را فراهم نموده است ]4[-]2]. علاوه بر این، خطاهای تکرارپذیر مثال¬هایی از خطای تصادفی هستند که محقق شدن جبرانسازی آنها بسیار دشوار است، از اینرو بررسی علیت و جبرانسازی خطاهای پسماند حائز اهمیت می¬باشد.
7. نتیجه گیری
از علل و عوامل تأثیرگذار پسماند سنسور، فردی می تواند پیچیدگی را در الگوها و قواعد پردازش شده توسط مشخصۀ پسماند سنسور فشار سیلیکونی، یک ماشین خاص، میکروالکترونیک ها و سیستم هیدروماتیک به وضوح مشاهده نماید. نویسنده استفاده از مدل عمومی پریساک از پسماند سنسور در ترکیبی از مدل معکوس پریساک که برای خطاهای پسماند جبرانسازی می کند را مطرح و پیشنهاد نموده است. این آزمایش در باب شرایط لازم و کافی و این آزمایش از جبرانسازی برای خطاهای پسماند، طراحی و اجرا شده اند، و این نتایج به صورت پاراگراف زیر توصیف می گردند.
1) آزمایش شرایط لازم و کافی نشان می دهد که سنسور فشار سیلیکونی، شرایط را برای خاصیت پاکسازی که بایستی مؤثر باشد را برآورده می سازد، با این وجود، وجود خاصیت تجانس وترهای عمودی ممکن است، تا حدی، بر دقت جبرانسازی برای پسماند سنسور تأثیر بگذارد.
Abstract
The aim of this paper is to examine compensating for the hysteresis error of silicon pressure sensor in order to improve the sensor accuracy. The object of investigation is large-range diffused silicon piezoresistive pressure sensors in the industrial field, based on MEMS technology. Due to the complex hysteresis characteristic of the sensor and difficulties in compensation, there are currently no published precedents in relevant studies. The author has analyzed the causation and impacting factors of the hysteresis characteristic and demonstrated, through experiment, that the silicon pressure sensor does satisfy the necessary and sufficient conditions of the general Preisach model. Through utilizing the Preisach model of the sensor and compensating for the hysteresis error using the compensation algorithm on inverse general Preisach model, the experiment has demonstrated that the hysteresis error decreases significantly after compensation, hence enhancing the precision of the sensors.
I. INTRODUCTION
HYSTERESIS characteristics are found extensively in mechanical systems such as sensors as an unusual form of nonsmooth nonlinearity with multivalued mapping. In the sensor field, hysteresis characteristics are the inconsistencies of static characteristics between ascending and descending input variables, within the full scale [1]. Of the three indicators in the judgment of sensor performances, nonlinearity errors, hysteresis errors and repeatability errors, hysteresis error alone contributes to nearly 30% of all intrinsic errors, making it the key factor in sensor precision. Up until now, existing publications relevant to the compensation of silicon pressure sensor have all focused upon nonlinearity errors and in that aspect already produced systematic and comprehensive results [2]–[4]. Moreover, repeatability errors are examples of random error whose compensation is extremely difficult to realize, hence the significance of the investigation on the causation and compensation of hysteresis errors.
VII. CONCLUSION
From the causes and influencing factors of the sensor hysteresis, one can clearly see the complexity in the patterns and rules processed by the hysteresis characteristic of the silicon pressure sensor, a special mechanic, microelectronics and hydraumatic system. The author has proposed the usage of general Preisach model of the sensor hysteresis in combination of the inverse general Preisach model which compensate for occurring hysteresis errors. The experiment regarding the necessary and sufficient conditions and the experiment of compensation for the hysteresis errors have been designed and performed, the results are as described in the following paragraph.
1) The experiment of necessary and sufficient conditions demonstrates that the silicon pressure sensor satisfy conditions for the wiping-out property to be effective, however, the presence of vertical chords congruency property may, to some extent, affect the accuracy of the compensation for the hysteresis of the sensor.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. عواملی در مشخصه پسماند سنسور فشار سیلیکونی
3. آزمایش ضروری و شرایط کافی برای سنسور فشار سیلیکونی
A. آزمایش خاصیت پاکسازی
B. آزمایش خاصیت تجانس وترهای عمودی
4. تشکیل مدل عمومی پریساک برای سنسور فشار سیلیکونی
5. تشکیل مدل عمومی معکوس پریساک
6. آزمایش جبرانسازی برای خطای پسماند سنسور
7. نتیجه گیری
Abstract
I. INTRODUCTION
II. FACTORS IN HYSTERESIS CHARACTERISTIC OF SILICON PRESSURE SENSOR
III. EXPERIMENT OF NECESSARY AND SUFFICIENT CONDITIONS FOR THE SILICON PRESSURE SENSOR
A. Experiment of the Wiping-Out Property
B. Experiment of the Vertical Chords Congruency Property
IV. THE ESTABLISHMENT OF THE GENERAL PREISACH MODEL FOR THE SILICON PRESSURE SENSOR
V. THE ESTABLISHMENT OF THE INVERSE GENERAL PREISACH MODEL
VI. THE EXPERIMENT OF THE COMPENSATION FOR THE HYSTERESIS ERROR OF THE SENSOR To investigate the compensation for the hysteresis
VII. CONCLUSION
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه