硅谐振梁式压力传感器模拟计算

本文给出一种硅谐振梁式压力传感器的敏感结构：以２×２ｍｍ２的方形硅膜片直接敏感被测压力,膜片的上表面架设有６００×５０×５μｍ３两端固支的硅谐振梁,间接感受压力作用,谐振梁封装在真空腔内。利用谐振梁的固有频率与被测压力的关系进行测量。针对这种谐振敏感结构的特征,建立其数学模型,通过模拟计算,得到若干规律性的结果,给出一组合理的设计参数。     

硅谐振式压力传感器敏感结构设计与仿真

根据双端固支梁的谐振频率求解,以及方形膜片在压力下形变和应力的理论分析,设计了一个基于梁-膜结构硅谐振式压力传感器敏感结构的模型。对该模型进行ANSYS仿真,得到它在1个大气压下的总形变和应力分布,以及前六阶的振动模态。比较方形膜片和长方形膜片下敏感结构的仿真结果,得出相同面积下长方形膜片的灵敏度更高,检测时非线性误差更小。通过对不同厚度硅梁与硅膜下敏感结构的仿真,最终设定硅膜与硅梁的厚度分别为50μm和10μm。该传感器主要用于航空仪器仪表中对大气压的高精度检测。     

微机械氮化硅梁谐振式压力传感器

报导一种新型的电热激励、压阻拾振的氮化硅梁谐振式压力传感器。器件采用微电子机械加工技术和键合技术研制。谐振频率85kHz,空气中品质因素Q值接近1000,在真空中达到40000。采用闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性,压力测试范围0－400kPa,灵敏度23．8Hz/kPa。     

谐振式MEMS压力传感器的设计与分析

提出一种基于静电激励/压阻检测的硅微谐振式压力传感器,该器件采取面内动平衡的振动模式,为了抑制压力敏感膜片受压变形时谐振器的高度变化,在谐振器固定端设计了悬置扭转结构。根据对传感器数学模型的分析与建立,并利用MEMS有限元仿真软件对传感器在0～120 kPa范围以及全范围过压1.5倍下进行模拟分析与仿真验证,初始频率为24.01 kHz,传感器灵敏度达18 Hz/kPa。利用硅-硅键合技术实现压力传感器的真空封装,并通过TSV通孔技术将传感器与电路芯片进行三维混合集成封装。     

谐振式压力传感器的新进展

本文介绍了近几年谐振式压力传感器的新成果和发展趋势。     

介质隔离高精度 MEMS 谐振式压力传感器

为满足液体、气体多种介质中高精度压力测量要求,本文设计了一种介质隔离的高精度微机械电子系统(MEMS)谐振式压力传感器。为降低充油封装过程中压力传递损耗以及非线性问题,本文对波纹膜片的结构参数进行了仿真优化并确定了适合传感器芯体的膜片参数。采用MEMS加工工艺和真空微量充灌方法,完成了MEMS谐振式压力传感器芯体制作与充油封装。利用双谐振器压力、温度多参数协同敏感方法,在不外加温度传感器的条件下实现了温度自补偿。测试表明,封装后的传感器在-55℃～85℃工作温度范围内,准确度优于±0.01%FS、迟滞性误差优于0.006%FS、非线性误差优于0.003%FS、重复性误差优于0.008%FS。     

高精度石英振梁谐振式传感器测试系统设计

为了满足高精度石英振梁谐振式传感器的测试要求,设计了一种基于FPGA的带实时温度监测的双路等精度频率采集系统。系统采用Verilog语言模块化编程方法实现双路等精度测频原理和ⅡC实时通讯,然后运用基于FPGA的SOPC技术完成自定义测频测温IP核的封装,并通过调用各种IP核构建SOPC硬件,最后利用NiosⅡ软核处理器实现频率值和温度值的浮点解算、LCD显示、串口通讯等功能。该设计方案通过仿真和实验验证了测试系统以50 Hz采样频率运行时,测频精度达到了10-6。     

便携式硅谐振式压力传感器数据采集系统

针对硅谐振式压力传感器的使用需要,设计了一种基于FPGA平台的便携式数据采集系统。在分析传感器工作原理的基础上,提出使用等精度测频法实现对传感器输出信号的高精度采集,并搭建了基于LabVIEW的自动测试平台。通过与标准频率计对硅谐振式压力传感器进行的对比测试表明,系统平均相对误差优于0.001%,能够满足使用需要,且大幅了减小系统体积,为智能化传感器和压力测量系统的搭建开发提供了平台。     

新型声表面波谐振式压力传感器的研制

本文介绍了一种新型的声表面波谐振式压力传感器,压力敏感元件为声表面波谐振器,并组成差电路形成式进行温度补偿。敏感膜片采用全石英一体化封装技术,消除了传统粘贴式封装结构所带来的迟滞、重复性等误差,极大的提高了压力测量的精度。由于声表面波器件采用半导体工艺制作,易于批是生产,降低了成本,具有极大的实际应用价值和意义。文中介绍了该传感器的工作原理,并给出了具体的性能指标。     

热激励硅谐振式压力传感器的研制

介绍了基于表面微加工工艺和多孔硅牺牲层技术，设计并制作出梁膜一体化的热激励硅谐振梁压力传感器，给出了制作的工艺过程和参数，测试了传感器在真空中开环状态下的谐振频率一压力特性及幅频特性，其灵敏度达到54．89Hz／kPa，Q值大于20000，0～300kPa范围内线性相关系数为0．9997。     

微谐振式压力传感器的系统级建模与仿真

具有微型化、多域耦合等特点的MEMS传感器对设计具有高精度、高效率、迭代设计、结构与电路联合设计等要求。基于组件库或集总参数的MEMS系统级设计方法虽然满足了这些要求,但在面向特定器件的定制化设计方面却略显不足。以一MEMS谐振式压力传感器为例,提出了一种全参数化系统级建模与仿真方法。在建立的详细数学模型基础上,通过硬件描述语言对传感器谐振子按照详细拓扑结构进行了建模与仿真。仿真结果和实验结果的对比显示这是一种满足MEMS设计要求的建模与仿真方法。     

硅谐振式压力传感器双频合成与误差补偿研究

由于新型双"H"型硅谐振式压力传感器与传统振动筒式和单梁硅谐振式等压力传感器在新旧替代方面存在冲突,基于GD32单片机定时器计数和中断定时技术,研制了一种双频率采集合成系统。该系统搭建了基于GD32F405RGT6单片机多个定时器同步计数电路,实现双频20 ms同步采集。在此基础上,提出了一种单片机定时器定时中断控制I/O口翻转电平从而输出方波的数频转换方法,并设计了一种双频率合成误差补偿方案,使双频合成最大理论误差从51.15 Pa减小为0.127 9 Pa。实验结果表明,在大气环境-45℃～+85℃、大气压力2～266 kPa条件下该系统可正常工作,输出单频范围为4～10 kHz,双频采集合成误差均小于传感器测量量程的0.005%。该系统数字电路板体积小,可以集成到新型双"H"型硅谐振式压力传感器电路中,很好地满足了大气压力检测监控用硅谐振式压力传感器双频率采集合成输出的要求。     

振筒式压力传感器弹性元件结构设计与分析

利用有限元分析软件ANSYS对振筒式压力传感器弹性元件——谐振筒进行了动态特性仿真分析,建立了谐振筒的参数化模型,基于模态分析选定合适的工作振型,重点利用谐响应分析讨论了谐振筒品质因数的影响因素。研究表明,当谐振筒的基模态为（4,1）模态时,品质因数随谐振筒外半径、有效长度以及壁厚的增加而减小,而工作时作用于谐振筒的激...     

硅微谐振式压力传感器闭环频率跟踪电路

为了精确、快速测量静电激励/压阻检测的硅微谐振式压力传感器在受到外界压力后频率的变化,设计了一种基于锁相环的闭环频率跟踪电路。通过对输入信号进行放大、滤波和移相以满足闭环自激振荡条件,然后利用锁相环电路进行信号的无相差频率跟踪,最后将锁相环输出信号转换为满足传感器激励要求的正弦信号。该电路具有良好的频率稳定(频率误差1 Hz)和跟踪性能,实现了在18～30 kHz范围内频率无相差锁定。     

谐振式硅微结构压力传感器非线性振动特性研究

本文研究了谐振式硅微结构压力传感器在单频激励和双频激励情况下的非线性振动特性。利用多尺度法研究运动方程中三次非线性项对传感器频率特性的影响规律，提出了改善谐振式硅微结构传感器特性的方法以及在实现闭环自激系统时应采取的措施。     

气隙式传感器串并联谐振电路分析

本文分析了意大利 Marposs公司气隙式电感传感器串并联谐振电路的特点和差异,指出采用并联电路具有取信电路转换灵敏度高、线性范围宽、调整方便等优点。附图5幅。     

井下光纤式压力温度复合传感器设计

文中介绍光纤技术应用于井下压力温度复合传感器的设计方法,对传感器的结构设计和基本原理进行了探讨,推导出光纤技术测量温度和压力的数学模型,该传感器特别适用于高温高压并需要长线传输的应用场合。     

热激励硅谐振式压力传感器温度场的有限元计算

针对一种典型的采用电阻热激励、压敏电阻拾振的压力微传感器的实际结构,利用有限元法系统地对其温度场进行了模拟计算.分析并得出了激励电阻在梁谐振子上位置、长度、宽度变化时;梁谐振子长度、宽度、厚度变化时;以及激、拾振电阻共同作用时,梁谐振子温度场的分布规律.     

Si_3N_4—SiO_2对扩散硅力敏器件的保护及影响

本文介绍扩散硅力敏器件的芯片钝化及表面保护问题,叙述了用氧化硅—二氧化硅复合介质膜保护工艺及其对器件稳定性的影响。经用二氧化硅膜、氧化硅膜试验比较可知,采用氮化硅——二氧化硅复合介质膜,提高了击穿电压,减小了漏电流,效果显著,并对氮化硅工艺作了简要介绍。