微压传感器的结构及原理是什么？

上传者：刘欣阳
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上传时间：2015-05-11
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微压传感器的结构及原理是什么？

微压传感器在测量过程中，压力直接作用在传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻发生变化，同时通过电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这个压力的标准信号，这样的过程就是微压传感器进行测量的过程。

对于微压传感器来说，灵敏度和线性度是微压力传感器最重要的两个性能指标。为了制作出能够满足实际应用需求的传感器，必需探索出一种微压力传感器灵敏度和线性度的有效仿真方法。实际的研究中，发现一种基于对压阻式压力传感器薄膜表面应力的有限元分析（FEA）和路径积分的仿真方法。通过这一方法实现了在满量程范围内不同压力值下对传感器电压输出值的精确估计，在此基础上对压力传感器的灵敏度和线性度进行了有效仿真。

微压传感器发展迅速，新研制出的一类传感器采用压电单晶片结构，并内置前置放大器，通过放大器放大微弱信号并实现阻抗变换，从而使传感器具有量程小、灵敏度高、抗干扰性好等特点。这类传感器已广泛用于脉搏、管壁压力波动等微小信号的检测。但与此同时，对于微压传感器精准度的检验这一技术难题，就迫切需要简便的测量装置测量该类型传感器的性能。

为了解决微压力传感器灵敏度和非线性的矛盾，在结构上，综合梁膜结构与平膜双岛结构的优点，采用双岛-梁结构。岛区的面积不是按比例放大或缩小。首先，为了增加灵敏度，应尽可能减小窄梁区的长度和宽度。因为从对“梁-膜-岛”结构的有限元分析和近似解析分析中发现，减小窄梁区的长度和宽度可以明显地使梁上的应力增大。并且当中间窄梁的长度约为两边窄梁长度的2倍时，器件的线性度最好。虽然有双岛限位结构，但在高过载情况下，硅膜将首先从岛的边区和角区破裂。这是因为传统的岛膜结构都是采用常规的有掩模的各向异性湿法腐蚀，从硅片背面形成硅膜和背岛。硅膜是晶面，边框和背大岛侧面都是晶面，夹角为54.74°的锐角。

根据力学原理，在角区存在应力集中效应，使硅膜在正面或背面受压以后，角区会具有应力的极值，因此破裂首先从该处发生。引入应力匀散结构以后，使角区变成具有一定曲率的圆角区，使该区的应力极值下降。在硅膜与边框或背岛的交界处要形成有一定曲率半经的缓变结构，采用一般的常规各向异性湿法腐蚀是无法实现的。为此，采用了掩模-无掩模各向异性湿法腐蚀技术。

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