[发明专利]脉冲型压力传感器电路及其使用方法

说明书

本发明涉及压力传感电路，具体涉及测量低压力用的压力传感电路。

一种普通的半导体压力传感器，例如莫托罗拉公司制造的MPX2010传感器，使用电阻电桥产生出一个差分电压。压力传感器上加有一个直流偏置电压，该电压的大小决定了压力传感器的灵敏度和量程范围。该压力传感器上的一个端口露出一个膜片（diaphragm），当其上施加一个压力时，其可改变电阻电桥中的电阻值。该压力传感器输出一个与端口上的压力成比例的差分电压。

由于在较低的压力下压力传感器的差分电压输出值减小，所以要准确地测量低压力会是一个问题。此外，还有这样的问题，亦即，小的压力差只在压力传感器输出端形成细微的压力增量变动，它可能极难以甚至不可能进行辨别。现有一些压力传感电路，它们试图克服这些问题，但得出了混杂的结果。

通常采用的一种方法是将差分电压输出放大到一个易于测量或处理的电平上。为此，对施加低压力的情况必须使用高增益的放大级（增益大于500）。然而，高增益电路结构中使用的放大器会有稳定性问题或非线性特性，这将影响精确度。小的信号电平会造成差的信噪比。

能得到较好结果的第二种方法是对压力传感器施加一个较高的直流偏置电压。较高的偏置电压可在给定的压力下增大差分电压输出，因而压力增量的变化亦将由压力传感器引起较大的电压变化。于是，可应用增益低些的放大级以得到较高的信噪比和较为稳定的系统。但这种方法的缺点是压力传感器上的偏置电压只能增加到一定程度，在较高的偏置电压下还须考虑功耗和其它的可靠性/精确度因素。

因此，如果能开发出一种压力传感电路及其使用方法，将是有所裨益的，这可进一步增加灵敏度以允许甚低的压力的精确测量。

简要地说，本发明包括用以测量压力的电路和方法。由一个脉冲发生电路输出一个电压脉冲以偏置压力传感器。该压力传感器具有一个端口，曝露在待测量的压力之中。压力传感器一旦被偏置就输出一个电压，该电压与压力传感器端口上的压力成比例。再由一个放大器对压力传感器的输出进行放大。

本发明的测量压力方法包括：将压力传感器的端口曝露在待测量的压力之中，由一个电压脉冲对压力传感器偏置，并测量压力传感器输出端上的电压。压力传感器输出端上的电压与该端口上的压力成比例。

唯一的一张图示出本发明的脉冲型压力传感电路的优选实施例的方框图。

该图中所示的脉冲型压力传感器电路11其电路简单、成本低，而测量低压力的灵敏度高。压力传感市场上的大部分端口是测量10000Pa以下压力的压力传感器电路。任一个压力传感器电路的主要部件是压力传感器，例如是前述的MPX2010。该压力传感器接收到要被感测的压力，输出一个与那压力成比例的电压。半导体压力传感器是一种很经济的压力传感器，但并不典型地应用于测量低压力中。硅膜片虽然成本低，刚性好，但在低压力（小于10000Pa）下不容易弯曲，因而在低压力传感器电路市场中其应用并未被充分开发。在优选实施例中，脉冲型压力传感器电路11采用了一个半导体压力传感器，它在低于10000Pa的压力下产生出一个可用的输出电压。脉冲型压力传感器电路11并不局限于低压力的测量，它也能应用于测量10000Pa以上的压力。

脉冲发生电路12具有一个控制输入端14和一个输出端13，它输出一个预定幅度和持续期的高电压脉冲。控制输入端14用来使脉冲发生电路12输出一个电压脉冲。脉冲发生电路12可以设计成具有可编程性能，以对于不同的应用场合变更电压脉冲的幅度和持续期。但是，在本实施例中，成本是优先考虑的事，因而在脉冲发生电路12响应一个施加在输入端14的启动（enabling）信号时，输出一个固定幅值和持续期的电压脉冲。

压力传感器17由围绕传感器17的虚线示明，它具有一个第一偏置输入端18、第二偏置输入端19、第一输出端21、第二输出端22，以及一个通常熟知的曝露在等测压力中的端口。在优选实施例中，压力传感器17是一个半导体压力传感器，由电阻R1-R6组成。在本技术领域内的技术人员可理解到，电阻R1和R2是温度补偿电阻，电阻R3、R4、R5和R6组成一个电阻电桥。端口（图中未示出）由箭头15指明，一个膜片曝露在压力中。膜片上的压力改变电阻电桥的阻值。