位置:51电子网 » 技术资料 » 传感与控制

硅谐振式压力传感

发布时间:2008/5/26 0:00:00 访问次数:937

        

    

    

     目前精度最高、稳定性最好的压力传感器是水晶谐振式压力传感器。其精度已超过0.01%fs,温度稳定性优于10-6/时间稳定性高于10-6/年。近年来,随着传感器技术的发展,分析研究的结果表明,硅和水晶都是具有优良弹性的材料,它们的温度系数也大体相同,因此,研究人员已经利用硅来研制谐振式压力感器,并已有产品问世。 由于硅不具有压电性,因此,不如水晶那样容易实现谐 振的激励接收,只有解决硅谐 振激励和接收方法,才可以研制出硅谐 振式压力传感器。目前解决的方法有两种,其一是静电激励法,即利用电磁激励或热电激励;其二是压电激励法,即利用压电薄膜、铁电薄膜和压电陶瓷片激励。 硅谐振式压力传感器具有如下特点: 1、把膜片(起应力集中作用)和谐 振器制作在同一块单晶硅上,因此,不会在它的连接处产生迟滞、蠕变、漂移,可以获得稳定性好、重复性佳的压力传感器; 2、它的体积小、重量轻、动态特性好、热容量小,可以实现大批量生产和降低成本; 3、由于硅谐振器置于真空室内,所以不受被测流体密度的影响,机械q值非常高(高达5万),从而使传感器的分辨率很高。其工作原理是利用硅谐 振器与选频放大器构成一个正反馈振荡系统,当此系统受到压力作用时,其固有的振荡频率发生变化,因此,根据其频率的变化就可以测量出压力的大小。 硅谐振式压力传感器的结构基本有两种,即一是平面型硅谐 振式压力传感器。它是利用各向异性腐蚀技术在硅片上加工一谐振膜片,然后在膜上制作激励器(扩散电阻器)。当交变的电流在激励器中流过时,产生热应变,激励谐振膜片,利用另一个扩散电阻器检测其谐 振频率的变化。还有一种谐 振阻器检测其谐振频率的变化。还有一种谐 振膜片式压力传感器,只不过是利用压电反馈系统维持膜片振动,代替电磁激励器而已,其它的部分基本相同。二是立体型谐 振式膜片压力传感器。它是在单晶硅膜上设置固定电极,而在其上方再加工可动电极和谐 振器,硅膜和谐振器分别利用各向异性腐蚀技术和外延技术制作。当压力作用到膜片上时,膜片发生弯曲形变,通过支柱给谐振器施加了轴向力,从而使其谐振频率发生变化。在这种情况下,激励谐振器的方法有两种,一是在电极间施加静电方法;二是利用激光产生热应变方法。 硅谐振式压力传感器是一种新型的结构型压力传感器,它比扩散硅式之类的物性型压力传感器具有更高的分辨率、灵活度和重复性。今后,随着硅微机械加工技术和外延技术的发展,将会使硅谐振式压力传感器的性能得到更大的提高,其应用领域也将会更加拓宽。

    

    

        

    

    

     目前精度最高、稳定性最好的压力传感器是水晶谐振式压力传感器。其精度已超过0.01%fs,温度稳定性优于10-6/时间稳定性高于10-6/年。近年来,随着传感器技术的发展,分析研究的结果表明,硅和水晶都是具有优良弹性的材料,它们的温度系数也大体相同,因此,研究人员已经利用硅来研制谐振式压力感器,并已有产品问世。 由于硅不具有压电性,因此,不如水晶那样容易实现谐 振的激励接收,只有解决硅谐 振激励和接收方法,才可以研制出硅谐 振式压力传感器。目前解决的方法有两种,其一是静电激励法,即利用电磁激励或热电激励;其二是压电激励法,即利用压电薄膜、铁电薄膜和压电陶瓷片激励。 硅谐振式压力传感器具有如下特点: 1、把膜片(起应力集中作用)和谐 振器制作在同一块单晶硅上,因此,不会在它的连接处产生迟滞、蠕变、漂移,可以获得稳定性好、重复性佳的压力传感器; 2、它的体积小、重量轻、动态特性好、热容量小,可以实现大批量生产和降低成本; 3、由于硅谐振器置于真空室内,所以不受被测流体密度的影响,机械q值非常高(高达5万),从而使传感器的分辨率很高。其工作原理是利用硅谐 振器与选频放大器构成一个正反馈振荡系统,当此系统受到压力作用时,其固有的振荡频率发生变化,因此,根据其频率的变化就可以测量出压力的大小。 硅谐振式压力传感器的结构基本有两种,即一是平面型硅谐 振式压力传感器。它是利用各向异性腐蚀技术在硅片上加工一谐振膜片,然后在膜上制作激励器(扩散电阻器)。当交变的电流在激励器中流过时,产生热应变,激励谐振膜片,利用另一个扩散电阻器检测其谐 振频率的变化。还有一种谐 振阻器检测其谐振频率的变化。还有一种谐 振膜片式压力传感器,只不过是利用压电反馈系统维持膜片振动,代替电磁激励器而已,其它的部分基本相同。二是立体型谐 振式膜片压力传感器。它是在单晶硅膜上设置固定电极,而在其上方再加工可动电极和谐 振器,硅膜和谐振器分别利用各向异性腐蚀技术和外延技术制作。当压力作用到膜片上时,膜片发生弯曲形变,通过支柱给谐振器施加了轴向力,从而使其谐振频率发生变化。在这种情况下,激励谐振器的方法有两种,一是在电极间施加静电方法;二是利用激光产生热应变方法。 硅谐振式压力传感器是一种新型的结构型压力传感器,它比扩散硅式之类的物性型压力传感器具有更高的分辨率、灵活度和重复性。今后,随着硅微机械加工技术和外延技术的发展,将会使硅谐振式压力传感器的性能得到更大的提高,其应用领域也将会更加拓宽。

    

    

相关IC型号

热门点击

 

推荐技术资料

滑雪绕桩机器人
   本例是一款非常有趣,同时又有一定调试难度的玩法。EDE2116AB... [详细]
版权所有:51dzw.COM
深圳服务热线:13692101218  13751165337
粤ICP备09112631号-6(miitbeian.gov.cn)
公网安备44030402000607
深圳市碧威特网络技术有限公司
付款方式


 复制成功!