微传感器研究的现状与性能发展方向(2)

发布于：2006/10/25 10:55:58 | 821 次阅读

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    压阻式压力传感器由于受pn结耐温限制，只能用于120℃以下的工作温度，然而在许多领域迫切需要能够在高低温下正常工作的压力传感器,例如测量锅炉、管道、高温容器内的压力，井下压力和各种发动机腔体内的压力。目前对高温压力传感器的研究主要包括SOS、SOI、SiC、PolySi合金薄膜溅射压力传感器、高温光纤压力传感器、高温电容式压力传感器等。其中6HSiC高温压力传感器可望在600℃下应用[4]。

    （4）开发谐振式压力传感器。

    微机械谐振式压力传感器除了具有普通微传感器的优点外，还具有准数字信号输出，抗干扰能力强，分辨力和测量高的优点。硅微谐振式传感器的激励/检测方式有电磁激励/电磁拾振、静电激励/电容拾振、逆压电激励/压电拾振、电热激励/压敏电阻拾振和光热激励/光信号拾振[5]。其中，电热激励/压敏电阻拾振的微谐振式压力传感器价格低廉，与工业IC技术兼容，可将敏感元件与信号调理电路集成在1块芯片上，具有诱人的应用前景。目前国内主要有中科院电子所[6]、北京航空航天大学[7－9]和西安交通大学[10]从事这方面的研究，可达到0.37％。我们在研究中发现这种传感器的温度交叉灵敏度较大，为此设计了一种具有温度自补偿功能的复合微梁谐振式压力传感器。谐振器由在同一硅片上制作的微桥谐振器和微悬臂梁谐振器组成，微桥谐振器和微悬臂梁谐振器材料相同，厚度相等或相近，制作工艺完全相同，同时制作，因而二者对温度变化可以同步响应。通过数据融合技术，作为温敏元件的微悬臂梁谐振器的谐振频率实时补偿温度变化对微桥谐振器谐振频率的交叉灵敏度。经补偿的谐振式压力传感器的温度交叉灵敏度减小了两个数量级。光热激励/光学信号检测的微谐振式压力传感器具有抗电磁干扰、防爆等优点，是对电热激励/压敏电阻拾振的微谐振式压力传感器的有益补充[11,12]，但是需要复杂的光学系统，不易实现，成本较高。

    2．2微加速度传感器

    硅微加速度传感器是继微压力传感器之后第二个进入市场的微机械传感器。其主要类型有压阻式、电容式、力平衡式和谐振式[13]。其中有吸引力的是力平衡加速度计，其典型产品是Kuehnel等人在1994年报道的AGXL50型[14]，其结构包括4个部分：质量块、检测电容、力平衡执行器和信号处理电路，集成制作在3mm×3mm的硅片上，其中机械部分采用表面微机械工艺制作，电路部分采用BiCMOSIC技术制作。随后Zimmermann等人报道了利用SIMOXSOI芯片制作的类似结构[15]，Chan等人报道了测量范围在5g和1g的改进型力平衡式加速度传感器[16]。这种传感器在汽车的防撞气袋控制等领域有广泛的用途，成本在15美元以下。

    国内在微加速度传感器的研制方面也作了大量的工作，如西安电子科技大学研制的压阻式微加速度传感器和清华大学微电子所开发的谐振式微加速度传感器[17]。后者采用电阻热激励、压阻电桥检测的方式，其敏感结构为高度对称的4角支撑质量块形式，在质量块4边与支撑框架之间制作了4个谐振梁用于信号检测。

    2．3微机械陀螺

    角速度一般是用陀螺仪来进行测量的。传统的陀螺仪是利用高速转动的物体具有保持其角动量的特性来测量角速度的。

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