- 微壓力傳感器的工作原理和應用領域
- 來源：賽斯維傳感器網 發(fā)表于 2013/6/7
在微傳感器的領域中，微壓力傳感器是一個很重要的分支。微壓力傳感器更能體現(xiàn)微傳感器靈敏度和線性度的特點。
一、微壓傳感器的工作原理：
微壓傳感器在測量過程中，壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化，同時通過電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這個壓力的標準信號，這樣的過程就是微壓傳感器進行測量的過程。
對于微壓傳感器來說，靈敏度和線性度是微壓力傳感器最重要的兩個性能指標。為了制作出能夠滿足實際應用需求的傳感器，必需探索出一種微壓力傳感器靈敏度和線性度的有效仿真方法。實際的研究中，發(fā)現(xiàn)一種基于對壓阻式壓力傳感器薄膜表面應力的有限元分析(FEA)和路徑積分的仿真方法。通過這一方法實現(xiàn)了在滿量程范圍內不同壓力值下對傳感器電壓輸出值的精確估計，在此基礎上對壓力傳感器的靈敏度和線性度進行了有效仿真。
微壓傳感器發(fā)展迅速，新研制出的一類傳感器采用壓電單晶片結構，并內置前置放大器，通過放大器放大微弱信號并實現(xiàn)阻抗變換，從而使傳感器具有量程小、靈敏度高、抗干擾性好等特點。這類傳感器已廣泛用于脈搏、管壁壓力波動等微小信號的檢測。但與此同時，對于微壓傳感器精準度的檢驗這一技術難題，就迫切需要簡便的測量裝置測量該類型傳感器的性能。
為了解決微壓力傳感器靈敏度和非線性的矛盾，在結構上，綜合梁膜結構與平膜雙島結構的優(yōu)點，采用雙島-梁結構。島區(qū)的面積不是按比例放大或縮小。首先，為了增加靈敏度，應盡可能減小窄梁區(qū)的長度和寬度。因為從對“梁-膜-島”結構的有限元分析和近似解析分析中發(fā)現(xiàn)，減小窄梁區(qū)的長度和寬度可以明顯地使梁上的應力增大。并且當中間窄梁的長度約為兩邊窄梁長度的2倍時，器件的線性度最好。雖然有雙島限位結構，但在高過載情況下，硅膜將首先從島的邊區(qū)和角區(qū)破裂。這是因為傳統(tǒng)的島膜結構都是采用常規(guī)的有掩模的各向異性濕法腐蝕，從硅片背面形成硅膜和背島。硅膜是晶面，邊框和背大島側面都是晶面，夾角為54.74°的銳角。根據(jù)力學原理，在角區(qū)存在應力集中效應，使硅膜在正面或背面受壓以后，角區(qū)會具有應力的極值，因此破裂首先從該處發(fā)生。引入應力勻散結構以后，使角區(qū)變成具有一定曲率的圓角區(qū)，使該區(qū)的應力極值下降。在硅膜與邊框或背島的交界處要形成有一定曲率半經的緩變結構，采用一般的常規(guī)各向異性濕法腐蝕是無法實現(xiàn)的。為此，采用了掩模-無掩模各向異性濕法腐蝕技術。
二、微壓力傳感器的應用領域
微壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種壓力傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及石油管道、水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、液壓機械、除塵設備等眾多行業(yè)。微壓力傳感器具有廣泛的用途，目前微壓力傳感器的量程還不夠小，靈敏度和線性度也不是很好，所以微壓力傳感器還不能得到很好的應用，隨著科技的發(fā)展，微壓力傳感器的應用前景將會進一步拓展。
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