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- 壓力傳感器的發(fā)展及其推動(dòng)因素
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2012/8/31
- 在過(guò)去幾十年中，壓力傳感器發(fā)展迅速。其中最突出的發(fā)展特點(diǎn)可概括為三點(diǎn)，即更高的精度、更好的可靠性、更小的體積及重量。隨著微處理器和微機(jī)電加工等技術(shù)的進(jìn)一步綜合發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)壓力傳感器還在向著上述三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)繼續(xù)提升。
這些年來(lái)推動(dòng)壓力傳感器測(cè)量技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵因素有以下三個(gè)主要方面。
第一，MEMS微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展。
MEMS是指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。采用MEMS的制造技術(shù)，完全可以把傳統(tǒng)的傳感器做成小型的器件，如可將完整的惠斯通測(cè)量電橋直接蝕刻在一個(gè)固體模子上，從而消除了由傳感器調(diào)準(zhǔn)校正因素帶來(lái)的誤差。這是因?yàn)閭鞲衅髡{(diào)準(zhǔn)校正因素會(huì)造成較低的輸出信號(hào)或非線性的測(cè)量信號(hào)。將傳感器直接制造在一個(gè)單一的固體部件上，減化了裝配流程，提高了生產(chǎn)效率，從而也降低了生產(chǎn)的廢品率。除MEMS制造技術(shù)外，在傳感器設(shè)計(jì)中完全可以沿用傳統(tǒng)的傳感器相關(guān)技術(shù)。事實(shí)上由于MEMS技術(shù)的引入，傳感器的相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)則也發(fā)生了變化，其中包括：微機(jī)械應(yīng)力的獲取規(guī)則、微小電容檢測(cè)的規(guī)則、溫度漂移的引入規(guī)則、微機(jī)械位移和固有頻率的關(guān)系、噪聲作用順序及抑制等。依托MEMS，傳感器實(shí)現(xiàn)了微型化、智能化、多功能、高集成度，且適于大批量生產(chǎn)。
第二，有關(guān)應(yīng)變片技術(shù)在模型設(shè)計(jì)和布置方面的進(jìn)步。
當(dāng)外界施加的扭矩應(yīng)力傳輸至薄膜上時(shí)，新的應(yīng)變片可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償功能。這些新型應(yīng)變片和MEMS技術(shù)發(fā)展已使壓力傳感器更加小型化、精度更高、具有更好的熱力性能和更長(zhǎng)的穩(wěn)定性。
第三，微處理器技術(shù)的飛躍給壓力測(cè)量系統(tǒng)提供了最多的便利和選擇。
例如通過(guò)微處理器的控制，可以實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量傳感器的信號(hào)調(diào)制、溫度修正、曲線擬合、輸出信號(hào)的軟件控制等。特別值得一提的是，利用微處理器的強(qiáng)大功能，可以使手掌大小的數(shù)字式壓力計(jì)（圖2）具有測(cè)量峰值保持、自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)調(diào)偏、模擬量輸出、單位轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄、自動(dòng)節(jié)電休眠等諸多現(xiàn)場(chǎng)可編程功能，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的壓力測(cè)量數(shù)字化。
在性能躍升過(guò)程中，壓力傳感器最關(guān)鍵的進(jìn)步是精度。現(xiàn)在大多數(shù)市場(chǎng)上的壓力傳感器其測(cè)量精度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其前幾代的產(chǎn)品。
隨著集成電路技術(shù)、半導(dǎo)體應(yīng)用技術(shù)、材料制造技術(shù)等的進(jìn)步，出現(xiàn)了各類(lèi)新型的壓力傳感器。這中間最具代表的是光學(xué)壓力傳感器，其具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)范圍大、防電磁場(chǎng)干擾、超高壓絕緣、無(wú)源性、阻燃防爆、體積小、機(jī)械強(qiáng)度大、可靈活柔性撓曲、材料資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。
其中產(chǎn)品之一是布拉格光柵壓力傳感器，測(cè)量原理是基于以菲涅爾反射為基礎(chǔ)的布拉格光柵（Bragg Grating），通過(guò)檢測(cè)由被測(cè)介質(zhì)施加壓力于光導(dǎo)纖維上所引起的光導(dǎo)纖維的應(yīng)變量的改變來(lái)測(cè)量對(duì)應(yīng)的壓力量。另一種也是基于光相位變化的原理，借助于成熟的雙光束式馬赫-澤德光纖干涉儀或多光束式法布里-珀羅光纖干涉儀，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)壓力測(cè)量的光纖壓力傳感器。
新型的壓力傳感器不僅能滿足高溫、高黏度、強(qiáng)腐蝕等特殊介質(zhì)的壓力測(cè)量，抗環(huán)境干擾能力也在不斷提高。尤其是微電子技術(shù)、微機(jī)械加工技術(shù)、納米技術(shù)的發(fā)展，壓力測(cè)量傳感器正朝著高靈敏度、高精確度、高可靠性、響應(yīng)速度快、寬溫度范圍方向發(fā)展，產(chǎn)品越來(lái)越小型化、多功能化、智能化。
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