wika壓力傳感器的工作原理以及微壓力傳感器的工作原理詳解
點擊次數：3017 更新時間：2023-09-06
wika壓力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(yu)微壓(ya)(ya)傳(chuan)感器來說，靈敏(min)度(du)(du)(du)和(he)線(xian)性(xing)度(du)(du)(du)是微壓(ya)(ya)力(li)(li)傳(chuan)感器zui重要的(de)兩個性(xing)能(neng)指標。為了(le)制作出(chu)能(neng)夠滿足實(shi)際應用需求的(de)傳(chuan)感器，必(bi)需探(tan)索出(chu)一(yi)種(zhong)微壓(ya)(ya)力(li)(li)傳(chuan)感器靈敏(min)度(du)(du)(du)和(he)線(xian)性(xing)度(du)(du)(du)的(de)有效(xiao)仿(fang)真(zhen)(zhen)方(fang)法。實(shi)際的(de)研究中，發現一(yi)種(zhong)基于(yu)對壓(ya)(ya)阻式(shi)壓(ya)(ya)力(li)(li)傳(chuan)感器薄膜表面應力(li)(li)的(de)有限(xian)元分析(xi)(FEA)和(he)路(lu)徑積分的(de)仿(fang)真(zhen)(zhen)方(fang)法。通過這一(yi)方(fang)法實(shi)現了(le)在滿量程范圍內不同壓(ya)(ya)力(li)(li)值下對傳(chuan)感器電壓(ya)(ya)輸出(chu)值的(de)估(gu)計，在此(ci)基礎(chu)上對壓(ya)(ya)力(li)(li)傳(chuan)感器的(de)靈敏(min)度(du)(du)(du)和(he)線(xian)性(xing)度(du)(du)(du)進行(xing)了(le)有效(xiao)仿(fang)真(zhen)(zhen)。
微(wei)壓(ya)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)發展迅速(su)，新研制(zhi)出的(de)一(yi)類(lei)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)采用壓(ya)電單(dan)晶片結(jie)構(gou)，并內置(zhi)(zhi)前置(zhi)(zhi)放大(da)器(qi)(qi)，通過(guo)放大(da)器(qi)(qi)放大(da)微(wei)弱(ruo)信號(hao)并實(shi)現阻抗(kang)變換，從而使傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)具(ju)有量(liang)程(cheng)小、靈(ling)敏(min)度(du)高、抗(kang)干擾性好等特點(dian)。這類(lei)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)已廣(guang)泛用于(yu)脈搏(bo)、管壁壓(ya)力(li)波動等微(wei)小信號(hao)的(de)檢測(ce)。但與此同時，對于(yu)微(wei)壓(ya)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)度(du)的(de)檢驗(yan)這一(yi)技術難題，就(jiu)迫切(qie)需要簡便的(de)測(ce)量(liang)裝置(zhi)(zhi)測(ce)量(liang)該類(lei)型傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)性能。
wika壓(ya)力(li)傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)是工業實踐中zui為(wei)(wei)常用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)。一(yi)般普通(tong)壓(ya)力(li)傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)輸出為(wei)(wei)模擬信(xin)(xin)號，模擬信(xin)(xin)號是指信(xin)(xin)息參數(shu)在給(gei)定范圍內(nei)表(biao)現為(wei)(wei)連續的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)號。或在一(yi)段連續的(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)間(jian)間(jian)隔內(nei)，其代表(biao)信(xin)(xin)息的(de)(de)(de)(de)(de)特征量可(ke)以在任意瞬間(jian)呈現為(wei)(wei)任意數(shu)值的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)號。而(er)我們(men)通(tong)常使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)主要是利用(yong)壓(ya)電效應(ying)制造而(er)成的(de)(de)(de)(de)(de)，這樣的(de)(de)(de)(de)(de)傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)也稱(cheng)為(wei)(wei)壓(ya)電傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)。
wika壓(ya)(ya)(ya)力傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)是(shi)使(shi)用的(de)(de)(de)(de)(de)一種傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)。傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)力傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)以機械結(jie)(jie)構(gou)(gou)型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)器(qi)(qi)件為(wei)主(zhu)，以彈(dan)性(xing)元件的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)變指示壓(ya)(ya)(ya)力，但這(zhe)種結(jie)(jie)構(gou)(gou)尺寸大(da)、質(zhi)量重(zhong)，不能(neng)提供(gong)電(dian)學輸出。隨著(zhu)(zhu)半(ban)導體(ti)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)發展，半(ban)導體(ti)壓(ya)(ya)(ya)力傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)也(ye)應運而(er)(er)生。其特點是(shi)體(ti)積小、質(zhi)量輕、準確度(du)(du)(du)(du)(du)高(gao)、溫度(du)(du)(du)(du)(du)特性(xing)好。特別是(shi)隨著(zhu)(zhu)MEMS技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)發展，半(ban)導體(ti)傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)向著(zhu)(zhu)微型(xing)化發展，而(er)(er)且(qie)其功(gong)耗小、可(ke)(ke)靠性(xing)高(gao)。為(wei)了解決微壓(ya)(ya)(ya)力傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)靈(ling)敏(min)度(du)(du)(du)(du)(du)和(he)非(fei)線(xian)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)矛(mao)盾，在(zai)結(jie)(jie)構(gou)(gou)上(shang)(shang)，綜合梁(liang)膜(mo)結(jie)(jie)構(gou)(gou)與平膜(mo)雙島(dao)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)優點，采用雙島(dao)-梁(liang)結(jie)(jie)構(gou)(gou)。島(dao)區的(de)(de)(de)(de)(de)面(mian)積不是(shi)按比(bi)例放大(da)或縮(suo)小。首(shou)先(xian)，為(wei)了增加靈(ling)敏(min)度(du)(du)(du)(du)(du)，應盡可(ke)(ke)能(neng)減(jian)小窄(zhai)(zhai)梁(liang)區的(de)(de)(de)(de)(de)長度(du)(du)(du)(du)(du)和(he)寬度(du)(du)(du)(du)(du)。因為(wei)從(cong)對“梁(liang)-膜(mo)-島(dao)”結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)限(xian)(xian)元分(fen)析和(he)近似解析分(fen)析中發現，減(jian)小窄(zhai)(zhai)梁(liang)區的(de)(de)(de)(de)(de)長度(du)(du)(du)(du)(du)和(he)寬度(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)(ke)以明顯地使(shi)梁(liang)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)應力增大(da)。并且(qie)當(dang)中間(jian)窄(zhai)(zhai)梁(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)長度(du)(du)(du)(du)(du)約為(wei)兩(liang)邊(bian)窄(zhai)(zhai)梁(liang)長度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)2倍時，器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)(de)(de)線(xian)性(xing)度(du)(du)(du)(du)(du)。雖然(ran)有(you)雙島(dao)限(xian)(xian)位(wei)結(jie)(jie)構(gou)(gou)，但在(zai)高(gao)過載情況下，硅膜(mo)將首(shou)先(xian)從(cong)島(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)邊(bian)區和(he)角區破(po)裂。這(zhe)是(shi)因為(wei)傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)島(dao)膜(mo)結(jie)(jie)構(gou)(gou)都是(shi)采用常規的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)掩模的(de)(de)(de)(de)(de)各向異性(xing)濕法腐蝕，從(cong)硅片背面(mian)形(xing)成硅膜(mo)和(he)背島(dao)。
硅(gui)膜是(shi)晶面(mian)，邊框(kuang)和背(bei)大島側面(mian)都是(shi)晶面(mian)，夾(jia)角(jiao)為54.74°的(de)(de)銳角(jiao)。根據力學(xue)原理，在(zai)(zai)角(jiao)區(qu)存在(zai)(zai)應(ying)力集中效應(ying)，使(shi)(shi)硅(gui)膜在(zai)(zai)正面(mian)或(huo)背(bei)面(mian)受(shou)壓以(yi)后，角(jiao)區(qu)會具有應(ying)力的(de)(de)極值，因此破裂首先從該處發生。引入應(ying)力勻散結構(gou)以(yi)后，使(shi)(shi)角(jiao)區(qu)變成具有一定曲率的(de)(de)圓角(jiao)區(qu)，使(shi)(shi)該區(qu)的(de)(de)應(ying)力極值下降(jiang)。在(zai)(zai)硅(gui)膜與邊框(kuang)或(huo)背(bei)島的(de)(de)交界處要形成有一定曲率半(ban)經的(de)(de)緩變結構(gou)，采(cai)用(yong)一般的(de)(de)常(chang)規各(ge)向異(yi)性濕法(fa)腐蝕是(shi)無法(fa)實現的(de)(de)。為此，采(cai)用(yong)了掩(yan)模-無掩(yan)模各(ge)向異(yi)性濕法(fa)腐蝕技術。
