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

【摘要】研究影響壓力傳感器（以下簡稱傳感器）電磁敏感性的主要因素，并提出優(yōu)化設(shè)計方案，確保提高傳感器的電磁敏感性。論文中運用模擬退火算法和仿真軟件分析方法來預(yù)測傳感器內(nèi)射頻能量分布的聚集點與畸變點，對傳感器的電磁敏感性薄弱環(huán)節(jié)，有針對性地進行相應(yīng)優(yōu)化，并且采用一些其它必要的優(yōu)化方法來進行優(yōu)化，對比優(yōu)化前后的傳感器電磁敏感性數(shù)據(jù)，結(jié)論證實，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)計在實踐應(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)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無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，將針對傳感器的電磁兼容問題，提出優(yōu)化設(shè)計方案，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

傳感器在運行過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，對人體健康也會造成有害的影響，這樣的傳感器在實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，對外界的電磁影響可以忽略不計，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。在傳感器運行過程中，由于會受到來自外界的無線電發(fā)射裝備、高速數(shù)字電子設(shè)備、整機電氣設(shè)備的靜電放電、接觸噪聲、電路的過度現(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)計中，其電路板上的引線、元器件都會產(chǎn)生電流，也都有電位，因此會在電路板上產(chǎn)生電磁場，若是傳感器的電路布線和元器件的布置不合理時，會對傳感器正常運行產(chǎn)生寄生耦合干擾，外界介質(zhì)按電磁場的規(guī)律向傳感器周圍空間發(fā)射電磁干擾，也會降低傳感器的電磁敏感性[7]。

3.傳感器電磁敏感性優(yōu)化設(shè)計

3.1運用模擬退火算法優(yōu)化

傳感器電磁兼容通常需要滿足GJBl5lA-1997標(biāo)準(zhǔn)，若是僅運用傳感器單層外殼屏蔽的方式并不能滿足電磁兼容要求，因此可運用模擬退火算法，原理圖見圖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等建議通過計算若干次隨機便換目標(biāo)函數(shù)平均增量的方法來確定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個小區(qū)間，把溫度衰減函數(shù)取為：3）Markov鏈的長度Lk的選取固定長度：Lk通常取為問題規(guī)模n的一個多項式函數(shù)。有接受和拒絕的比率來控制Lk：當(dāng)溫度很高時，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行選取。

3.2運用仿真軟件分析優(yōu)化

運用Protues（英國LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件）軟件進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)，從而有針對性的進行相應(yīng)優(yōu)化，在優(yōu)化設(shè)計后明顯縮小了磁場的聚集點范圍，大大削弱電磁干擾強度，傳感器的電磁敏感性得到了提高，仿真圖見圖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，或用屏蔽體將傳感器包封，使傳感器免受外界空間電磁場的影響。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)化信號設(shè)計傳輸信息的電信號需要占用一定的頻譜。為盡量減小電磁干擾，對有用信號應(yīng)規(guī)定必要的最小占用帶寬，這有賴于優(yōu)化信號波形。3.3.3完善線路設(shè)計應(yīng)設(shè)計和選用自身發(fā)射小、抗干擾能力強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頻譜以外不希望通過的能量加以抑制，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際連接，只要為電源和信號電流提供了回路和基準(zhǔn)電位，就通稱為接地。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)計中如能周密設(shè)計地線系統(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.實例仿真分析解決電磁干擾

取三只傳感器，按GJBl51A、GJBl52A條件進行試驗，分析比較傳感器在優(yōu)化設(shè)計前和試驗中的零位輸出值，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。由表1可以看出，優(yōu)化設(shè)計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，會降低傳感器的電磁敏感性，因此需要對傳感器進行優(yōu)化設(shè)計，可運用模擬退火優(yōu)化算法和仿真軟件分析來預(yù)測傳感器內(nèi)射頻能量分布的聚集點與畸變點，合理調(diào)整傳感器設(shè)計方案，并對傳感器做好電磁屏蔽、優(yōu)化信號設(shè)計、完善線路設(shè)計、合理布局、濾波、接地與搭接等，對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)用價值。

作者:雷鋼 王長虹 齊虹 劉亞娟 劉濤 單位:中國電子科技集團公司第四十九研究所

參考文獻

[1]曹俊,鄭潔.共軌壓力傳感器的電磁兼容性試驗研究[J].車輛與動力技術(shù),2014.

[2]陳竹健,楊敏,夏狀東.機車用壓力傳感器電磁兼容設(shè)計[J].機車電傳動,2016.

[3]陳得民.機動車MEMS壓力傳感器電磁兼容測試[J].上海計量測試,2015.

[4]楊開宇,譚天洪,高印寒等.基于HFSS仿真分析的控制箱電磁兼容[J].實驗室研究與探索,2014.

[5]李彥芳,楊曉斌,鄭璐等.一種高精度壓力傳感器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子設(shè)計工程,2016.

[6]蒼曉羽,荊元祥,劉琦.艦船推力測量電路設(shè)計技術(shù)[J].艦船科學(xué)技術(shù),2014.

[7]李本亮.基于CAN總線的氣壓高度表研制[J].西安電子科技大學(xué),2015.