摘要
隨著MEMS傳感器的設計和制造工藝的進步，MEMS壓力傳感器被廣泛用于醫(yī)療、汽車和消費電子等應用領域。例如，壓力傳感器可用于監(jiān)測血壓，汽車廠商利用氣壓傳感器優(yōu)化發(fā)動機能效，提醒駕駛員輪胎氣壓不足。
最近幾年，隨著MEMS壓力傳感器的性能不斷提高，成本和尺寸不斷降低，消費電子廠商開始使用壓力傳感器與慣性傳感器和地磁傳感器模組實現航位推測和導航功能。
本文論述如何在個人導航儀內利用MEMS壓力傳感器輔助GPS接收器測量海拔高度。本文第一部分概述大氣壓與海拔高度的關系。第二部門描述如何使用壓力傳感器計算海拔高度。第三部分介紹如何在一個個人導航儀如智能手機內集成壓力傳感器。
1. 大氣壓與海拔高度的關系
在個人導航儀中，MEMS壓力傳感器充當氣壓計用于測量海拔高度變化。因此，我們必須了解不同高度的大氣壓。
下面是大氣壓測量單位：
· psi – 磅/平方英寸
· cm/Hg – 水銀柱高(厘米)
· cm/Hg – 水銀柱高(英寸)
· Pa – 帕，國際制壓力單位 (SI) ，1Pa = 1 N/m2
· bar – 巴，氣壓單位，1 bar = 105Pa
· mbar – 毫巴，1mbar = 10-3 bar
我們居住在地球大氣層的底層，大氣壓隨著海拔高度上升而降低。我們將在59 ℉時的29.92 in/Hg海平面氣壓規(guī)定為標準大氣壓，這個平均值不受時間影響，而受到測量點的地理位置、氣溫和氣流的影響。
因此，上述壓力單位之間的換算關系是:
1 個標準大氣壓 = 14.7 psi = 76 cm/Hg = 29.92 in/Hg = 1.01325 bar = 1013.25 mbar
可以用下面的表達式表示大氣壓與海拔高度之間關系 [1]:
其中:
P0 是標準大氣壓，等于1013.25 mbar;
Altitude是以米為單位的海拔高度。
P是在某一高度的以mbar為單位的氣壓
圖1根據上面的公式描述了大氣壓變化與海拔高度的關系。
如圖1所示，當高度從海平面上升到海拔11,000米高時，大氣壓從1013.25 mbar降到230 mbar。我們從圖中不難看出，當高度低于 1,500米時，大氣壓幾乎呈線性降低，每100米大約降低11.2 mbar，即每10米大約降低1.1 mbar。為了取得更精確的高度測量數據，可以在目標應用中構建一個大氣壓高度查詢表，根據壓力傳感器的測量結果，確定對應的海拔高度。
如果使用全量程為300 mbar到1100 mbar的絕對MEMS壓力傳感器，測量高度可達海拔9,165米到海平面以下698米。
圖 1: 大氣壓與海拔高度的關系
