谐振式压力传感器:谐振式传感器

2021/11/03 03:45 · 传感器知识资讯 ·  · 谐振式压力传感器:谐振式传感器已关闭评论
摘要:

谐振式压力传感器:谐振式传感器利用谐振元件把被测参量转换为频率信号的传感器,又称频率式传感器。当被测参量发生变化时,振动元件的固有振动频率随之改变,通过相应的测量电路,就可得到与被测参量成一定关系的电信号。70年代以来谐振式传感器在电子技术、测试技术、计算技术和半导体集成电路技术的基础上迅速发

谐振式压力传感器:谐振式传感器

利用谐振元件把被测参量转换为频率信号的传感器,又称频率式传感器。当被测参量发生变化时,振动元件的固有振动频率随之改变,通过相应的测量电路,就可得到与被测参量成一定关系的电信号。70年代以来谐振式传感器在电子技术、测试技术、计算技术和半导体集成电路技术的基础上迅速发展起来。其优点是体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高以及便于数据传输、处理和存储等。按谐振元件的不同,谐振式传感器可分为振弦式、振筒式、振梁式、振膜式和压电谐振式等(见振弦式传感器、振筒式传感器、振梁式传感器、振膜式传感器、石英晶体谐振式传感器)。谐振式传感器主要用于测量压力,也用于测量转矩、密度、加速度和温度等。谐振式压力传感器:谐振式传感器  第1张

谐振式压力传感器:谐振式压力传感器及其制造方法

摘要:

本发明提供了谐振式压力传感器及制造其的方法.包括布置在膜片上的一个或多个谐振型应变计的谐振式压力传感器可以包括:传感器衬底,其由硅制成,且包括其上布置有一个或多个谐振型应变计元件的一个表面和被抛光成厚度与膜片相应的另一表面;基底衬底,其由硅制成,且包括与所述传感器衬底的所述另一表面直接接合的一个表面;凹陷部分,其形成在所述基底衬底的与所述传感器衬底接合的部分中,以便基本上在传感器衬底中形成所述膜片,且包括预定间隙,该预定间隙不会由于外来物质而限制膜片的移动范围,并且该预定间隙对由谐振型应变计元件的振动而激发的膜片的振动进行抑制;一个或多个传导孔;以及流体.

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谐振式压力传感器:谐振式传感器  第2张

谐振式压力传感器:谐振式压力传感器的应用有什么

  传感器专家网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。
  通过传感器专家网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。
谐振式压力传感器:谐振式传感器  第3张

谐振式压力传感器:高精度谐振式MEMS压力传感器

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高精度谐振式MEMS压力传感器

时间:2016-04-20 来源:
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  项目简介
  在国家863计划、预研、新品、北京市科技计划重大项目、气象局公益专项等资助下,电子所自1997年开始率先在国内开展谐振式MEMS压力传感器研究,先后研制出电热激励/压阻检测、电磁激励/磁感应检测、静电激励/电容检测三种谐振式MEMS压力传感器,突破了传感器结构设计、MEMS加工工艺、圆片级真空封装、低应力组装、闭环谐振电路、检测仪表等关键技术,并在实验室条件下实现了小批量试生产。
  产品性能与技术指标
  经中航304所第三方测试,电磁激励/磁感应检测谐振式MEMS压力传感器主要性能指标:
  测量范围:50kPa-120kPa;
  综合精度:±0.05%F.S.;
  非线性度:优于0.1%;
  分辨率:10Pa;
  工作温度:-40oC-70oC。
  专利情况
  共申请专利10项
  产业化前景分析
  MEMS谐振式高精度压力传感器已完成在地面气象站的示范应用,它不仅能应用于地面气象站的气压观测,还可应用于无人机气压高度计、工业控制压力测量以及压力校验仪等高精度压力测量领域。
  应用范围
  检测精度高于0.1%F.S.的自动气象站、无人机、飞行器、工业控制、压力校验仪、气压高度计等领域的压力检测。
  经济效益分析
  压力传感器占传感器市场总份额的30%左右。高端压力传感器(精度优于0.1%F.S.)售价很高。目前MEMS谐振式压力传感器在国际上仅有2家公司推出产品,国外产品垄断了市场。研发出具有自主知识产权的谐振式高精度压力传感器,可直接与国外产品竞价,市场规模巨大(仅其在气压上的应用年市场份额在亿元以上)。
批量化制造的传感器芯片(4寸晶圆)
批量化制造的谐振式压力传感器
第三方检测报告

  谐振式硅微压力传感器芯片及批量化制造

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