0 导言
压力传感器是运用最为广泛的一种传感器。传统的压力传感器以机械结构型的器材为主，以弹性元件的形变指示压力，但这种结构尺度大、质量轻，不能供给电学输出。跟着半导体技能的开展，半导体压力传感器也应运而生。其特点是体积小、质量轻、准确度高、温度特性好。特别是跟着MEMS技能的开展，半导体传感器向着微型化开展，并且其功耗小、可靠性高。
高温压力传感器是为了处理在高温环境下对各种气体、液体的压力进行丈量。首要用于丈量锅炉、管道、高温反响容器内的压力、井下压力和各种发动机腔体内的压力、高温油品液位与检测、油井测压等范畴。现在，研讨比较多的高温压力传感器首要有SOS，SOI，SiO2，Poly2Si等半导体传感器，还有溅射合金薄膜高温压力传感器、高温光纤压力传感器和高温电容式压力传感器等。半导体电容式压力传感器比较压阻式压力传感器其灵敏度高、温度安稳性好、功耗小，且只对压力灵敏，对应力不灵敏，因而，电容式压力传感器在许多范畴得到广泛使用。
1 器材的根本组成及制造工艺
硅电容式压力传感器的灵敏元件是半导体薄膜，它能够由单晶硅、多晶硅等运用半导体工艺制造而成。典型的电容式传感器由上下电极、绝缘体和衬底构成。当薄膜受压力作用时，薄膜会发生必定的变形，因而，上下电极之间的间隔发生必定的改变，然后使电容发生改变。但电容式压力传感器的电容与上下电极之间的间隔的联系对错线性联系，因而，要用具有补偿功用的丈量电路对输出电容进行非线性补偿。因为高温压力传感器作业在高温环境下，补偿电路会遭到环境温度的影响，然后发生较大的差错。根据模型辨认的高温压力传感器，正是为了防止补偿电路在高温环境下作业发生较大差错而规划的，其规划方案是把传感器材与扩大电路别离，经过模型辨认来得到所测环境的压力。高温作业区温度可达350℃。传感器材由铂电阻和电容式压力传感器构成。其MEMS工艺如下：
高温压力传感器由硅膜片、衬底、下电极和绝缘层构成。其间下电极坐落厚支撑的衬底上。电极上蒸镀一层绝缘层。硅膜片则是运用各向异性腐蚀技能，在一片硅片上从正反面腐蚀构成的。上下电极的空隙由硅片的腐蚀深度决议。硅膜片和衬底运用键合技能键合在一起，构成具有必定安稳性的硅膜片电容压力传感器［2］。因为铂电阻耐高温，且对温度灵敏，选用铂电阻，既能够当一般电阻运用，又能够作为温度传感器用以勘探被测环境的温度。金属铂电阻和硅膜片的参数为：0℃时铂电阻值为1000Ω;电阻率为1.0526316×10-5Ω·cm;密度为21440kg/m3;比热为132.51J/（kg·K）、熔断温度为1769℃，故铂电阻可加工为宽度为0.02mm;厚度为0.2μm;总长度为3800μm，制造成锯齿状，可在幅值为10V的阶跃信号下正常作业。电容式压力传感器的上下电极的空隙为3μm、圆形平板电容上下电极的半径为73μm、其电容值为50pF。详细工艺流程图如图1所示。
2 根据辨认技能的模型及其仿真
关于一个体系，其方程式为
UO（s）=G（s）Ui（s），
其间 UO（s）和Ui（s）分别为输出和输入信号，当输出、输入信号及体系的阶数已知，能够经过计算机按必定的原则来辨认G（s）的模型参数，为模型辨认。本文首要论述使用模型辨认的办法来确认处于高温环境下的电容式压力传感器的电容值。
2.1 电路模型
根本电路是由一个金属铂电阻和一个电阻式高温压力传感器构成（如图2）。
金属铂电阻对温度改变灵敏，若选用零度时电阻值为1000Ω、温度系数为3851×10-6/℃的铂电阻，其温度改变规模从-50～350℃时，相应的电阻从803.07～2296.73Ω。由电阻的改变可测得环境的温度。压力传感器在不同压力下有不同的电容值，因而，在同一温度下，输入同一沟通电压信号时，其输出信号不同。
2.2 体系在时域规模的算法
图2电路所示的一阶体系的传递函数为
式中UO为输出信号；Ui为输入信号；R为电阻；C为电容；t为时间。
运用MATLAB制作单位阶跃呼应曲线如图3。
从图3中可看出，该体系安稳、无振荡。呼应曲线的斜率为：
对式（2）进行变换得
从式（3）得，以lg［1-UO（t）］为纵坐标，t为横坐标，可得出经过原点直线，从直线的斜率可求得常数RC的值，已知R则可得出C，然后得出压力。
2.3 模型辨认
根据上述思维，若已知输入、输出信号，可经过曲线拟合及线性回归法得出RC。对式（3）进行拟合，在拟合过程中，参加必定的白噪声。若R=1000Ω，电容C=50pF，则拟合曲线如图4所示。
拟合参数最大时为5.037×10-8，最大相对差错为0.78%。当温度改变时，金属铂电阻值发生改变，在不同的温度下拟合的电容值和温度的联系如表1所示（参加1%的白噪声）。
1可见，拟合的电容差错小于1%。由此可见，在不同的时间测得UO（t），经过曲线拟合得出参数RC。再给电路加小信号直流电源，测出R值，即求得C，经过C值则可知被测环境的压力。图5为350℃时，不同的压力所对应的电容的理论值和试验值，从试验数据（表2）可得，在测压的过程中，运用模型辨认的办法，差错较小，其测压差错小于2%。
3 结束语
根据模型辨认技能的高温微型压力传感器电路简略、工艺本钱较低、体积小、可批量生产、准确度高。该传感器防止了电阻式高温压力传感器的自补偿电路在高温环境下作业时热灵敏度漂移引起的差错，也防止了其它电容式高温压力传感器非线性补偿电路在高温环境下作业。该传感器适合在各种高温环境下丈量气体或液体的压力。
