谐振式压力传感器的应用有什么

2019-08-19
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摘要 谐振式压力传感器是一种典型的利用外界压力作用时结构频率的改变来实现压力测量的MEMS器件。

  新利18国际娱乐中了解到谐振式压力传感器是一种典型的利用外界压力作用时结构频率的改变来实现压力测量的MEMS器件。该类传感器一般使用单晶硅制作感受外界压力的压力膜以及间接敏感元件谐振梁,实现了二次敏感模式,它可以直接输出频率信号,其传输与测量都可直接应用数字技术,具有广阔的应用前景。本文谐振器采用静电驱动/电容检测原理,当封装层施加电压U后,封装层与谐振梁之间产生电容,进而产生作用于谐振梁的静电力。在谐振器的设计过程,电容一般采用理想电容公式,而忽略了边缘效应产生的影响,从而使得设计结果与实际应用存在误差。本文除了考虑边缘效应对谐振器电容的影响外,还考虑了边缘效应对机电耦合时谐振梁变形、临界电压、静电刚度的影响;同时对谐振器进行建模,分析系统参数以及电压、边缘效应对系统频率、灵敏度等系统性能的影响。

  

  谐振式压力传感器的应用

  利用谐振元件把被测压力转换成频率信号的压力传感器。它是谐振式传感器的重要应用方面,主要有振弦式压力传感器(见振弦式传感器)、振筒式压力传感器(见振筒式传感器)、振膜式压力传感器(见振膜式传感器)和石英晶体谐振式压力传感器(见石英晶体谐振式传感器)。

  谐振式压力传感器由其精度高,稳定性好,以及半数字输出、抗干扰性强等优势,广泛运用在气象,宇航等领域。谐振式压力传感器由通常压力敏感膜和谐振子构成。由于谐振子是可动部件,为了实现其低阻尼振动的工作环境,同时保护其免受外界灰尘,湿度,腐蚀等的破坏,谐振器往往需要被密封在真空环境之中。另外,对于压力传感器而言,真空是一个理想的压力参考,不随外界环境(比如温度、湿度、流速等)的变化而变化。因此,谐振器的真空封装是谐振压力传感器的一个必然要求。

  通过新利18国际娱乐可知用于圆片级真空封装的技术主要包括:硅硅键合,硅玻璃阳极键合,金硅共晶键合,金属中间层键合,以及玻璃焊料键合等。其中硅玻璃阳极键合对表面平整度要求不太高,无需中间层且强度高,因此广泛用于压力传感器、加速度计、陀螺等的封装过程。但该种方式在谐振式压力传感器的制作与封装过程中仍存在一定的问题:一方面,阳极键合需要提供高电压,容易造成可动部件的静电吸合,导致器件失效;另一方面,采用玻璃进行真空封装,往往需要在玻璃上加工引线通孔,用于与外部的电气连接,然而玻璃的加工相对困难。虽然可以采用喷砂和超声等方式制作通孔,但其加工尺寸受限,并与MEMS工艺不兼容,通用性差。另外,由于使用机械的加工方式,通孔边缘容易产生微裂纹,影响密封的可靠性。

  

  谐振式压力传感器的应用

  另一方面,在微机电系统(MEMS)领域,常用于加工谐振子的材料主要是石英和单晶硅。石英具有低的温度系数,因而制作传感器的精度相对较高,但其加工困难,制作的成本高。相对而言,硅的加工工艺相对成熟与完善,刻蚀可以采用干法和湿法两种方式进行,刻蚀速率快,适用于多种形貌的图形加工;特别的,SOI片尤其适合加工可动部件,便于制作谐振子。因此,采用硅片加工具有更高的灵活性,更低的制作成本。虽然硅的温度系数相对较大,但通常可以对传感器进行温度补偿,使其在较宽的温度范围内也有较高的精度。

  综上所述就是关于谐振式压力传感器的应用有什么的详细介绍,希望能够为大家带来帮助,谐振式压力传感器在日常生活中运用非常广泛,科技把我们的生活变的非常美好。

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