鹽田區紅外溫度傳感器免費咨詢「在線咨詢」

嵌入可動電極的微慣性傳感器的設計

MEMS電容式微慣性傳感器因其具有尺寸小、靈敏度高、穩定性好、溫度漂移小、功耗低、很好的工作在力平衡模式下等等優點，在軍事、汽車工業、生物醫學、消費電子、慣性導航等領域得到廣泛的應用。和傳統探卡的組裝方法相比,MEMS技術顯然更適應當今的IC技術。 本首先分析了電容式微慣性傳感器的測量控制原理和系統動態模型，并在此基礎上通過三個方面設計出新型嵌入橫向可動電極的微慣性傳感器，分別是：支撐梁結構、微執行器結構和檢測電容結構。通過分別對以上三方面不同結構模型的分析對比，在傳感器設計中選用U形梁結構作為傳感器的支撐梁，電磁執行器作為驅動力，梳柵結構作為檢測電容結構。

其中為了克服深反應離子刻蝕關于深寬比不能做大的限制和降低噪聲，詳細介紹了電磁驅動增大傳感器初始檢測電容的工作原理，通過嵌入可動電極和電磁驅動作用減小電容間隙，結果表明，電磁驅動使得傳感器的電容間隙減小4μm，初始檢測電容由1.28pf增大到6.4pf。這種磁電阻效應次由WilliamThomson于1857年在鐵樣品中發現。 根據以上理論分析和參數設計，給出了新型電容式微慣性傳感器的整體結構模型，并利用有限元軟件Ansys進行。結果表明所設計的傳感器在非敏感方向上梁的剛度較大，軸向交叉效應得到了有效抑制；傳感器的靜態位移靈敏度為0.659μm/g，施加電磁驅動前后的電容靈敏度分別為0.15pf/g和0.192pf/g，增大為原來的1.28倍；同時應力分析結果表明，傳感器能夠抵擋1000g的加速度信號的沖擊而不被損壞。之后利用電磁分析軟件ANSOFT-Maxwell分析了邊緣效應對傳感器性能的影響，表明小尺寸的傳感器電容的邊緣效應不可忽略。

電阻應變式壓力傳感器

將電阻應變片粘貼在彈性元件特定表面上，當力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于彈性元件時，會導致元件應力和應變的變化，進而引起電阻應變片電阻的變化。電阻的變化經電路處理后的以電信號的方式輸出，這就是電阻應變片傳感器的工作原理。

電阻應變片應用的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。針對光感元器件長久以來面對的長距離對射、漫反射鏡面反射等復雜的場景，M8101都能做到處理。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D 轉換和 CPU ）顯示或執行機構。

半導體應變片是利用半導體單晶硅的壓阻效應制成的一種敏感元件。片級芯片測試在IC制造工藝中已經成為不可或缺的一部分,發揮著重要的作用,而測試探卡在圓片級芯片測試過程中起著關鍵的信號通路的作用。半導體應變片需要粘貼在試件上測量試件應變或粘貼在彈元件上間接地感受被測外力。利用不同構形的彈元件可測量各種物體的應力、應變、壓力、扭矩、加速度等機械量。半導體應變片與電阻應變片相比，具有靈敏系數高（約高 50～100倍）、機械滯后小、體積小、耗電少等優點。

傳感器的作用（二）

4、壓力傳感器

作用：壓力傳感器主要以力學信號為媒介，把流量等參數與電信號聯系起來，可測量發動機的進氣壓力、氣缸壓力、大氣壓、油壓等，常用壓力傳感器可分為電容式、半導體壓阻式、差動變壓器式和表面彈性波式。

電容式多檢測負壓、液壓、氣壓，可測 20～100kPa 的壓力，動態響應快速敏捷，能抵御惡劣工作條件；壓阻式需要另設溫度補償電路，它常用于工業生產；相對于差動變壓器式不穩定的數字輸出，表面彈性波式表現異，它小巧節能、靈敏可靠，受溫度影響小。

5、氣體濃度傳感器

作用：被用來檢測各種氣體濃度。比如氧傳感器，多在發動機排氣管中，用來評價空燃比。目前應用的有氧化鋯式和氧化鈦式。氧化鋯式更受歡迎，它能在一定溫度下將元件極板內兩側氧濃度差化為濃差電動勢，成本低廉，而且測試結果受環境影響很小。

6、溫度傳感器

作用：溫度傳感器主要用于檢測動力系統和車內的溫度，它使用了不同種類的電阻器：線繞式、熱敏式、熱偶式。和普通型一樣，它也有一個振蕩電路，電路中因感應電流在目標物內流動引起的能量損失影響到振蕩頻率。線繞電阻式和熱偶電阻式精度比較高，但線繞電阻式響應不及時，熱偶電阻式不能單獨使用必須搭配放大器和冷端處理，而熱敏電阻式雖靈敏但線性差，使用溫度有限，因此三種傳感器各有優劣。

7、爆燃傳感器

作用：它被安裝在發動機機體上，可檢測氣缸壓力、振動和燃燒噪聲，判斷發動機的爆燃程度，再通過調整點火來排除隱患。爆燃傳感器常用磁致伸縮式。