SMI压力传感器的组成、技术原理及应用分析

1、概述

随着社会日益进步，人类对其生活环境质量要求提高，以及对常见传染病的预防，使人类对公共场合有了更高的要求。由于人口聚集使得空气中得一氧化碳、二氧化碳及氨气浓度增加，致使室内空气下降，对人体产生重大损害，并且易造成传染病的传播。在大型商场，综合超市，商品专业店，服务专业店和餐饮以及火车站候车室、汽车站候车室等公共场合有严格的通风要求。

改善公共环境空气条件就要让公共环境的空气与外界空气进行交换。室内处于负压状态，而让外界空气进入公共环境中，就要有压力差的存在，我们可以通过压力传感器感受到室内压力的大小控制通风设备，实现智能控制。

SMI是美国一家专门生产微差压传感器芯片的厂家，是专注于低微量程，成本低，性价比高等特点，占定了绝大部分市场份额。

2、应用SMI压力传感器的系统组成

SMI压力传感器就是将压力物理量转换成电效应，SMI压力传感器能测量微小压力、精度高、输出程线性、带温度补偿、后期应用电路简单等特点，能精确的测量环境中空气流动的微小压力。下图是典型的信号流程图。

压力传感器测量室内外压力差值将物理量转换成电压信号；信号处理系统是处理电压信号，将输入的压力传感器提供的电压信号进行放大、调零、调满度以及进行数字显示实现远程监控;控制系统通过接收信号处理系统出来的信号，控制室内排风扇的启动与关闭，从而远程控制室内负压值，实现智能控制以及节能效果。

如果信号处理过程中，将测量的压力差经过放大处理后变成标准的0-20MA变送器信号，这样能直接融合到公共环境的各式各样的控制系统中，具有良好的通用性。是未来公共环境控制系统的一个重要组成部分。

3、SMI微压传感器的技术原理

美国Silicon Microstructures INC.开发了一系列价位低、线性度在0.3%到0.05% 范围内的硅微结构压阻式传感器，满量程为0.15psi（1KPa）、0.3psi（2KPa）、0.8psi（5KPa）、1.5psi（10KPa）、3 psi（20KPa）、最低满量程为0.15psi（1KPa），被列为超低压力测量范围。

美国SMI廉价的压阻式、超低压传感器成功的关键是它的创新的物理刻蚀设计。一般来说，硅微压力传感器芯片采用扁平膜来测量压力，而SMI传感器芯片采用三维膜片结构，用硅刻蚀工艺将产生的应力（压力）集中在传感电阻处。这样在保持总体精度和线性度的同时仍有很高的灵敏度。80% 的应力传递到膜片中的梁式区域，而膜片丢失的应力只有20%。

除了压阻器所处的四周外，膜片的所有部分都减薄，从而得到膜片的浮凸结构。由于传感器看起来像机械信号的放大器，因而便于把膜片运动的应力集中在压阻器上，增加的应力极大地提高了信号输出，膜片上的浮凸用做终止层。四周的薄膜有效地将器件密封起来。因此压力不会前后移动。此外，在器件的结构内，离子注入电阻形成压阻式惠斯登电桥，凹坑减少了器件的总震动质量。

SMI压力传感器无需校准即能提供线性度优于1% 的传感信号。因此，SMI压力传感器是一种性能优越、全集成化的单片硅器件。

SMI使用了一套专门设计的软件由计算机对传感器作静态和动态仿真，并进一步计算压力传感器芯片的尺寸，使灵敏度和线性度满足预定要求。在生产方面，官方采用双板、CMOS或EPROM等成功的工艺，从而提高器件的可靠性、增加成品率并降低成本。

4、SMI应用电路设计

SMI使用先进的硅微结构压力传感器，并集成信号调节ASIC技术，大大的简化了高性能压力传感器的使用。其中，SM5812和SM5852系列高性能压力传感器可以直接安装在标准的PCB板上，经过放大、高精确性、校准过的压力信号可以通过数字接口或者模拟输出。这可以省去额外的电路，例如补偿电路或者自定义的微控制器校准电路。下图是SM5651典型应用电路图。

5、结论

SMI压力传感器是全固态、体积小、重量轻、价格低廉，特别适合在通风、空调领域的应用。

随着集成电路制造技术极微机械加工技术的不断发展，其产品性能会逐步提高，此产品在智能机器人、航空航天、生物医学工程、汽车工业及家用电器等众多领域有着很高的应用前景。

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