導(dǎo)語(yǔ)：壓力傳感器優(yōu)化設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

【摘要】研究影響壓力傳感器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)傳感器）電磁敏感性的主要因素，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，確保提高傳感器的電磁敏感性。論文中運(yùn)用模擬退火算法和仿真軟件分析方法來(lái)預(yù)測(cè)傳感器內(nèi)射頻能量分布的聚集點(diǎn)與畸變點(diǎn)，對(duì)傳感器的電磁敏感性薄弱環(huán)節(jié)，有針對(duì)性地進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，并且采用一些其它必要的優(yōu)化方法來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)比優(yōu)化前后的傳感器電磁敏感性數(shù)據(jù)，結(jié)論證實(shí)，傳感器的電磁敏感性得到提高，傳感器符合電磁兼容要求，可以將該優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)踐應(yīng)用中推廣。

【關(guān)鍵詞】壓力傳感器；電磁敏感性；電磁兼容；模擬退火算法；仿真軟件分析

電磁兼容是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力[1-2]。電磁敏感性是指存在電磁騷擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)能夠避免性能降低的能力。在具體論文研究中，將針對(duì)傳感器的電磁兼容問(wèn)題，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，確保提升傳感器的電磁敏感性。

1.提高傳感器電磁敏感性原因

傳感器在運(yùn)行過(guò)程中需具有有一定的抗電磁干擾性[3]，電磁干擾除影響傳感器的正常工作外，對(duì)人體健康也會(huì)造成有害的影響，這樣的傳感器在實(shí)際使用中是不安全的[4-5]，所以需要提高傳感器的電磁敏感性，使傳感器符合電磁兼容要求。文中所指的傳感器，對(duì)外界的電磁影響可以忽略不計(jì)，故只需要研究傳感器的抗電磁干擾性，并提高傳感器的電磁敏感性。

2.影響傳感器電磁敏感性主要因素

2.1電磁干擾源因素。在傳感器運(yùn)行過(guò)程中，由于會(huì)受到來(lái)自外界的無(wú)線電發(fā)射裝備、高速數(shù)字電子設(shè)備、整機(jī)電氣設(shè)備的靜電放電、接觸噪聲、電路的過(guò)度現(xiàn)象、電磁波反射現(xiàn)象等的影響，產(chǎn)生電磁干擾，從而降低傳感器的電磁敏感性[6]。2.2電磁耦合途徑因素。在傳感器設(shè)計(jì)中，其電路板上的引線、元器件都會(huì)產(chǎn)生電流，也都有電位，因此會(huì)在電路板上產(chǎn)生電磁場(chǎng)，若是傳感器的電路布線和元器件的布置不合理時(shí)，會(huì)對(duì)傳感器正常運(yùn)行產(chǎn)生寄生耦合干擾，外界介質(zhì)按電磁場(chǎng)的規(guī)律向傳感器周?chē)臻g發(fā)射電磁干擾，也會(huì)降低傳感器的電磁敏感性[7]。

3.傳感器電磁敏感性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)

3.1運(yùn)用模擬退火算法優(yōu)化

傳感器電磁兼容通常需要滿(mǎn)足GJBl5lA-1997標(biāo)準(zhǔn)，若是僅運(yùn)用傳感器單層外殼屏蔽的方式并不能滿(mǎn)足電磁兼容要求，因此可運(yùn)用模擬退火算法，原理圖見(jiàn)圖1，不僅能夠避免受到初始條件的約束，也可以找出能夠解決電磁干擾的最佳方案，從而提高壓力傳感器的電磁敏感性。圖1模擬退火算法原理圖1）初始溫度t0的選取t0要選取的足夠大，Johnson等建議通過(guò)計(jì)算若干次隨機(jī)便換目標(biāo)函數(shù)平均增量的方法來(lái)確定t0的值。其中，為上述平均增量，x0為初始接收率，一般取0.8～1之間的數(shù)。2）溫度衰減函數(shù)的選取一個(gè)常用的溫度衰減函數(shù)是其中，α取0.5～0.99之間的數(shù)，固定控制參數(shù)值的衰減步數(shù)K，把區(qū)間[0,t0]劃分為K個(gè)小區(qū)間，把溫度衰減函數(shù)取為：3）Markov鏈的長(zhǎng)度Lk的選取固定長(zhǎng)度：Lk通常取為問(wèn)題規(guī)模n的一個(gè)多項(xiàng)式函數(shù)。有接受和拒絕的比率來(lái)控制Lk：當(dāng)溫度很高時(shí)，Lk應(yīng)盡量小，隨著溫度的漸漸下降，Lk逐步增大。4）終止溫度tf（停止準(zhǔn)則）的選取用循環(huán)總數(shù)控制法、接收概率控制法等進(jìn)行選取。

3.2運(yùn)用仿真軟件分析優(yōu)化

運(yùn)用Protues（英國(guó)LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件）軟件進(jìn)行傳感器電磁兼容仿真，仿真分析傳感器的電磁敏感性薄弱環(huán)節(jié)，從而有針對(duì)性的進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，在優(yōu)化設(shè)計(jì)后明顯縮小了磁場(chǎng)的聚集點(diǎn)范圍，大大削弱電磁干擾強(qiáng)度，傳感器的電磁敏感性得到了提高，仿真圖見(jiàn)圖2。

3.3提高電磁敏感性的其它方法

3.3.1電磁屏蔽用屏蔽體將干擾源包封起來(lái)，或用屏蔽體將傳感器包封，使傳感器免受外界空間電磁場(chǎng)的影響。屏蔽技術(shù)雖然能有效地阻斷電磁干擾的傳播通道，但又會(huì)使傳感器維修不便，并導(dǎo)致重量、體積和成本的增加，所以應(yīng)采用合理的措施。3.3.2優(yōu)化信號(hào)設(shè)計(jì)傳輸信息的電信號(hào)需要占用一定的頻譜。為盡量減小電磁干擾，對(duì)有用信號(hào)應(yīng)規(guī)定必要的最小占用帶寬，這有賴(lài)于優(yōu)化信號(hào)波形。3.3.3完善線路設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)計(jì)和選用自身發(fā)射小、抗干擾能力強(qiáng)的電阻線路作為傳感器的單元電路。3.3.4合理布局合理布局包括系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)各單元之間的相對(duì)位置和電纜走線等，其基本原則是使感受器和干擾源盡可能遠(yuǎn)離，輸入與輸出端口妥善分隔，高電平電纜及脈沖引線與低電平電纜分別敷設(shè)，通過(guò)合理布局能使干擾減小到最小程度。3.3.5濾波濾波是借助抑制元件將有用信號(hào)頻譜以外不希望通過(guò)的能量加以抑制，它既可以抑制干擾源的發(fā)射，又可以抑制干擾源頻譜分量對(duì)敏感設(shè)備、電路或元件的影響，濾波能十分有效地抑制傳導(dǎo)干擾。3.3.6接地與搭接不管是否與大地有實(shí)際連接，只要為電源和信號(hào)電流提供了回路和基準(zhǔn)電位，就通稱(chēng)為接地。電子設(shè)備接地是抑制噪聲和防止干擾的重要措施之一。設(shè)計(jì)中如能周密設(shè)計(jì)地線系統(tǒng)，使用接地、濾波和屏蔽等措施，能有效提高傳感器的電磁敏感性。

4.實(shí)例仿真分析解決電磁干擾

取三只傳感器，按GJBl51A、GJBl52A條件進(jìn)行試驗(yàn)，分析比較傳感器在優(yōu)化設(shè)計(jì)前和試驗(yàn)中的零位輸出值，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可以看出，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的傳感器其電磁敏感性得到了很大的提高。

5.結(jié)論

綜上所述，傳感器由于受到電磁干擾的影響，會(huì)降低傳感器的電磁敏感性，因此需要對(duì)傳感器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可運(yùn)用模擬退火優(yōu)化算法和仿真軟件分析來(lái)預(yù)測(cè)傳感器內(nèi)射頻能量分布的聚集點(diǎn)與畸變點(diǎn)，合理調(diào)整傳感器設(shè)計(jì)方案，并對(duì)傳感器做好電磁屏蔽、優(yōu)化信號(hào)設(shè)計(jì)、完善線路設(shè)計(jì)、合理布局、濾波、接地與搭接等，對(duì)提高傳感器的電磁敏感性，解決傳感器的電磁干擾，能發(fā)揮積極的應(yīng)用價(jià)值。

作者:雷鋼 王長(zhǎng)虹 齊虹 劉亞娟 劉濤 單位:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所

參考文獻(xiàn)

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