本发明涉及压力传感器领域，具体是一种电容式压力传感器及温漂解决方法。
背景技术：
压力传感器是将感受到的压力信号按照一定规律转变成电信号的输出器件，广泛应用于航空航天、军工、电力、水利水电等多种行业。压力传感器按测量原理可分为压阻式、电容式及压电式，压力变化分别影响上述传感器的电阻、电容和电压变化。
其中，压阻式压力传感器具有制造工艺简单、线性度好等优点，在微型压力传感器市场中占据一半份额以上；但其对设计和加工工艺要求较高，功耗较大，不利于在物联网技术中的应用，这促使人们研究其他类型的压力传感器，比如电容式压力传感器。
电容式压力传感器的基本结构由两个极板构成，一个是固定极板，加工在衬底上，另一个是可动电极，是受压力能产生变形的敏感膜，并且在两电极之间抽真空或者用绝缘薄膜作为介质，保持介电常数不变。当受到压力时，可动极板和固定极板之间间距改变，使极板间电容量发生变化，随后通过检测电路和整流电路将电容量变化转变为可用的电信号，这就实现了压力到电信号的转变。
由于施加压力而产生的电容量变化较小，并且电容式压力传感器易受来自引线的分布电容和杂散电容的影响。因此，微电容测量电路是电容式压力传感器中不可或缺的一部分，包括脉冲调制法、运算放大器法、电荷注入法、开关电容法等电路，其中运算放大器法具有克服非线性、低温漂和高信噪比等优点，常被选择为电容式压力传感器的检测电路。
电容式压力传感器是国内外研究的一大热点。其具有稳定性好、灵敏度高、良好的动态响应特性等优点，其最突出的优点是自身发热量很小，功耗足够低，对于低功耗器件和便携式电子系统来说具有很大诱惑。同时，接口电路集成在芯片上也可以避免寄生电容的影响。但变间距电容式电极板之间的介质的介电常数必须保持不变，通常采用两种方法实现介电常数不变，一种是中间层抽真空的方法，这就带来了密封性好坏的问题，在传感器芯片制作过程中，常通过牺牲层释放、静电键合或硅-硅直接键合形成腔体结构，但残余应力比较难控制。芯片级封装所采用的键合或粘接方法又面临着慢性漏气和疲劳失效，还有连接材料的热匹配问题，从密封腔内引出电极也是一个难题。另一种方法利用绝缘薄膜做中间层，压强会使绝缘薄膜变形进而导致两极板间距变化，但此种方法也存在许多问题，如薄膜弹性性能对灵敏度的影响、工艺成本、薄膜微结构变化、薄膜与电极贴合等。所以封装问题和改变绝缘层的形变性能是当前电容式压力传感器商用化面临的主要问题。
现有技术的传感器中间层体积比较小，外界压力变化时，中间层需要大体积变化平衡压力变化，这会导致极板间距的变化与压力变化之间呈非线性关系。而且，电容与极板间距成反比，是变间距电容器固有的非线性，这两种非线性导致测量不准确。
为解决上述问题，东南大学周闵新等人基于介电应变效应提出“三明治”结构，参考图3，但此结构存在温漂问题。基于“三明治”结构，南京工业大学余辉洋提出采用两种材料作为电容的绝缘介质用于解决温漂问题，但此种方法计算过程中可能会出现两个解，即两种材料测出的c1和c2，在同一温度下，求解会出现解f1和f2都满足方程的情况，出现两个压力值，参考图4，造成测量错误。
因此发明一种不考虑封装和绝缘薄膜形变性能、提升线性度、解决温漂问题的电容式压力传感器尤为重要。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种电容式压力传感器及温漂解决方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电容式压力传感器的温漂解决方法，包括以下步骤：将电容式压力传感器置于待测压环境中，测量电容式压力传感器无施加压力条件下的第一输出电压，由第一输出电压获得无压力条件下的温度值；
维持测压环境温度不变，施加设定的压力于电容式压力传感器，测量输出电压稳定时的输出电压值，由温度值和输出电压值获得此温度值时的压强值。
作为本发明进一步的方案：所述的设定的压力的数值为大于零的任一自然数。
本发明提供的另一个技术方案：一种电容式压力传感器，所述电容式压力传感器包括电容介质、电极和衬底，所述电容介质隔断两相对设置在衬底上的电极，所述电容介质为压电陶瓷。
作为本发明再进一步的方案：所述电极包括上电极和下电极，所述衬底包括上衬底和下衬底，所述下衬底、下电极、电容介质、上电极、上衬底依次设置。
作为本发明再进一步的方案：所述衬底的制作材料为绝缘材料。
作为本发明再进一步的方案：所述电极的制作材料是金属材料。
作为本发明再进一步的方案：所述压电陶瓷的两表面与所述电极的两表面平行。
作为本发明再进一步的方案：两所述电极的正对面积不为零。
作为本发明再进一步的方案：两所述电极接通检测电路，检测电路用于将电极产生的电信号放大并传输至控制端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过所述的温漂解决方法先求出电容介质的温度，再根据温度求出压强，解决了温漂问题，提高了准确性；利用压电陶瓷作为电容介质，不需要考虑电极间抽真空和真空中电极引出问题，也不需要考虑电极间弹性介质的形变能力。
附图说明
图1为本发明实施例中电容式压力传感器的结构示意图。
图2为本发明实施例中压电陶瓷(bati0.96zr0.04o3)的介电常数随压强和温度的变化曲线图。
图3为现有技术中三明治结构的电容式压力传感器的结构示意图。
图4为现有技术中电容为两种材料的压力和温度变化曲线图。
图5为本发明实施例中电容式压力传感器的检测电路的电路原理示意图。
附图中：1、电容介质；2、电极；3、衬底；4、三明治结构；5、真空腔。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
请参阅图1，本发明实施例中，一种电容式压力传感器的温漂解决方法，包括以下步骤：将电容式压力传感器置于待测压环境中，测量电容式压力传感器无施加压力条件下的第一输出电压，由第一输出电压获得无压力条件下的温度值；
维持测压环境温度不变，施加设定的压力于电容式压力传感器，测量输出电压稳定时的输出电压值，由温度值和输出电压值获得此温度值时的压强值。
具体的，s1、为了排除压力对介电常数的影响，在不对压电陶瓷施加压力的条件下，将所述电容式压力传感器置于待测压环境中；然后待所述电容式压力传感器的输出电压稳定后将其记录为第一输出电压v1，此时，测压环境温度与压电陶瓷的温度保持一致需要一定的时间，所以需要输出电压稳定后才记录；而且记录的第一输出电压v1是通过检测电路输出的，参考图5，有公式(1)
由上式可知输入电压vi、参考电容c0不变时，并且压电陶瓷b的电容cb与介电常数ε呈线性关系，所以输出电压v0与介电常数ε呈线性关系，参考图2，压强p与介电常数ε近似呈线性关系，所以输出电压v0与压强p也呈线性关系；再将v1代入u1～f1(t)方程，此方程中的参数可通过标定的数值获得；得到所述压电陶瓷温度t的值。
s2、保持测压环境温度不变，对所述压电陶瓷施加压力，待所述电容式压力传感器的输出电压u2稳定后将其记录下来，将第一步得到的压电陶瓷温度t和所述电容式压力传感器的输出电压u2代入u2～f2(p，t)方程，计算压电陶瓷温度t下的压强值p。
u1～f1(t)方程：
u2～f2(p，t)方程：u2＝(3.5-0.3t)*p t 343
综上所述，通过所述的温漂解决方法先求出电容介质的温度，再根据温度求出压强，解决了温漂问题，提高了准确性。
另外，如图3所示，现有技术中三明治结构的电容式压力传感器，由多层绝缘薄膜组成的三明治结构4与衬底3密封构成真空腔5，需要考虑真空腔5密封性能，本发明应用的电容式压力传感器，利用压电陶瓷作为电容介质，不需要考虑电极间抽真空和真空中电极引出问题，也不需要考虑电极间弹性介质的形变能力。
进一步的，所述的设定的压力的数值为大于零的任一自然数。
本发明实施例中，压电陶瓷的介电常数ε随压强p变化呈近似线性规律，参考图2的a，另外根据公式(2)
可知，当压电陶瓷电极正对面积a和厚度d不变时，电容c随介电常数ε线性变化，且在图2的a中，在室温和100℃时，介电常数ε随压强p的变化规律不一致，这是以此感压机制制成的电容式压力传感器共同存在的温漂问题，参考图2的b，从图2的b中可以看到，温度对介电常数ε也有影响。
请参阅图1，本发明提供的另一个实施例中，一种电容式压力传感器，所述电容式压力传感器包括电容介质1、电极2和衬底3，所述电容介质1隔断两相对设置在衬底3上的电极2，所述电容介质1为压电陶瓷。
具体的，所述电极2包括上电极2a和下电极2b，所述衬底包括上衬底3a和下衬底3b，所述下衬底3b、下电极2b、电容介质1、上电极2a、上衬底3a依次设置。
所述电容介质为压电陶瓷所述衬底的制作材料为绝缘材料；所述电极的制作材料是金属材料。
所述绝缘材料可以采用玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚四氟乙烯(ptfe)或其他具有相似或相同绝缘能力的材料。电极的制作材料可以采用铜或铜合金，或铝或铝合金，也可以采用金、银或其他导电材料。
公式(2)中，电容c随介电常数ε线性变化，需对相应的参数进行标定，即保证两所述电极的正对面积a及两所述电极的间距d不变。具体的是所述压电陶瓷的两表面与所述电极的两表面平行。使压电陶瓷厚度一致，镀在两平行面上的电极互相平行，使得公式(2)中两所述电极的间距d保持不变。
两所述电极的正对面积不为零。保证了公式(2)中的两电极的正对面积a不变。
综上所述，在压强作用下，压电陶瓷的介电常数ε变化，进而导致电容c的变化，根据公式(2)，电容c的变化与介电常数ε的变化具有线性关系，所以本发明克服了传统变间距电容式压力传感器固有的非线性。
两所述电极接通检测电路，检测电路用于将电极产生的电信号放大并传输至控制端。
本发明的工作原理：在不对压电陶瓷施加压力的条件下，将所述电容式压力传感器置于待测压环境中；然后待所述电容式压力传感器的输出电压稳定后将其记录为第一输出电压v1，此时，测压环境温度与压电陶瓷的温度保持一致需要一定的时间，所以需要输出电压稳定后才记录；而且记录的第一输出电压v1是通过检测电路输出的，参考图5，有
需要说明的是，本发明所采用的检测电路为现有技术的应用，本专业技术人员能够根据相关的描述实现所要达到的功能，或通过相似的技术实现所需完成的技术特性，在这里就不再详细描述。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
1.一种电容式压力传感器的温漂解决方法，其特征在于，包括以下步骤：
将电容式压力传感器置于待测压环境中，测量电容式压力传感器无施加压力条件下的第一输出电压，由第一输出电压获得无压力条件下的温度值；
维持测压环境温度不变，施加设定的压力于电容式压力传感器，测量输出电压稳定时的输出电压值，由温度值和输出电压值获得此温度值时的压强值。
2.根据权利要求1所述的电容式压力传感器的温漂解决方法，其特征在于，所述的设定的压力的数值为大于零的任一自然数。
3.一种应用于权利要求1或2所述的温漂解决方法的电容式压力传感器，其特征在于，所述电容式压力传感器包括电容介质、电极和衬底，所述电容介质隔断两相对设置在衬底上的电极，所述电容介质为压电陶瓷。
4.根据权利要求3所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述电极包括上电极和下电极，所述衬底包括上衬底和下衬底，所述下衬底、下电极、电容介质、上电极、上衬底依次设置。
5.根据权利要求3所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述衬底的制作材料为绝缘材料。
6.根据权利要求3所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述电极的制作材料是金属材料。
7.根据权利要求3所述的电容式压力传感器，其特征在于，所述压电陶瓷的两表面与所述电极的两表面平行。
8.根据权利要求3所述的电容式压力传感器，其特征在于，两所述电极的正对面积不为零。
9.根据权利要求3所述的电容式压力传感器，其特征在于，两所述电极接通检测电路，检测电路用于将电极产生的电信号放大并传输至控制端。
技术总结