热激励硅基谐振型压力传感器技术研究

提出一种以电阻发热实现梁激励的单梁硅基谐振型压力传感器结构。利用硅/硅键合、减薄抛光和IC工艺技术,开展硅基谐振型压力传感器技术的研究,解决了三维体加工与IC工艺兼容的关键技术问题,成功地研制出热激励硅基谐振型压力传感器样品。该器件在常压下测试,其品质因子Q值达到1362.5,证实了该谐振型压力传感器结构是可行的。这为研制硅基谐振型压力传感器提供了一种新的方法。     

热激励硅梁谐振器研究

作者利用微电子机械加工技术成功研制出用于高精度压力传感器的硅梁谐振器。采用热激励方式,测定了谐振梁的开环振动幅频特性:室温真空中谐振峰-3dB带宽1.2Hz,Q值大于33000。从理论和实验两方面讨论了低热激励功率条件下激励功率与谐振频率的线性关系,二者符合较好。     

电磁激励微谐振式传感器的设计与制作

利用微电子机械加工技术成功研制出电磁激励-电磁拾振硅谐振梁式压力传感器。传感器以"H"型双端固支梁为谐振器,采用差分检测结构。工艺制作采用体硅加工工艺,并且采用一种减小封装应力的结构完成压力传感器的真空密封及封装。利用锁相环微弱信号检测技术建立的开环频率特性测试系统及闭环自激测试系统测试了传感器的频率、压力特性等相关技术指标。谐振器在空气中的品质因素Q值大于1200;在真空中的Q值大于7000。压力满量程刻度为0～120kPa。差分输出的结果优于单个谐振梁的输出结果,差分输出结果的线性相关系数为0.9999,灵敏度为225.77Hz/kPa。     

热激励硅谐振梁压力传感器开环测试系统设计

设计了一个开环测试系统,利用锁相放大器能够对微弱信号进行有效检测的特点,采用交流激励、二倍频拾振的方法,实现了对热激励硅谐振梁压力传感器谐振输出的微弱信号的检测。该测试系统能够快速测得传感器的幅频特性曲线;通过处理,得到传感器的压力-频率特性。整个测试过程由程序控制实现。     

热激励谐振型压力传感器激励电压的影响与分析

针对热激励谐振型压力传感器在不同激励电压下会产生不同的热梯度场,进而影响传感器的谐振频率这一现象,采用开环测试系统进行试验,得到热激励谐振型压力传感器的热激励幅度与谐振频率的变化规律;并对实验结果进行了进一步的分析,为合理优化设计传感器的相关参数提供了一定的理论依据.     

硅压阻式压力传感器温度补偿建模与算法研究

微电子技术的发展促进了硅传感器的加工工艺水平的提高,使硅传感器获得良好的一致性、稳定性和可靠性,而半导体的温度特性使硅压力传感器的零点和灵敏度随温度而发生漂移.针对硅压阻式压力传感器这一“弱点“,介绍一种基于压力芯片的惠斯顿电桥建立外接电阻补偿网络的数学模型,利用MatLab优化工具箱提供的优化方法构建算法,对补偿电阻求解,实现对温度漂移的补偿.该方法更有助于基于硅压阻式压力芯片的OEM型产品的大规模量产.     

硅基传感器的微机械加工

叙述了硅基传感器微机械加工的特点和要求，简要说明了硅衬底微细加工的常用方法。并以高过载双向压力传感器和悬空结构热释电传感器的硅衬底微细加工为例，作了进一步说明。传感器性能的测试结果表明了微机械加工对提高传感器性能的重要性。     

高精度MEMS硅谐振压力传感器闭环控制系统

硅谐振压力传感器因其数字频率信号输出和高精度的特点,被广泛应用于航空航天、工业控制等领域。硅谐振压力传感器的闭环控制系统决定硅谐振压力传感器的性能指标,系统的稳定性分析和参数优化则是谐振传感器的研究难点。基于系统状态方程从理论上推导了控制策略,提出系统稳定性判定依据。利用Simulink仿真搭建系统模型,并通过电路测试验证。结果表明,在满足稳定性判据的条件下,研制的硅谐振压力传感器基频为42 kHz,品质因数为30 000。在量程范围为3～130 kPa、温度为-55～85℃时,该谐振压力传感器的精度高达0.01%F.S.,实现了恒幅控制与实时频率跟踪。     

硅微传感器的热挠曲及谐振频率的计算

分析了硅微机械谐振式传感器在热激励下的挠曲及谐振频率变化 ,建立了相应的数学模型 ,并对热挠曲灵敏度进行了优化设计。同时通过算例和测试数据的对比 ,验证了谐振频率计算模型的正确性。     

硅压阻式压力传感器温度补偿建模与算法研究

微电子技术的发展促进了硅传感器的加工工艺水平的提高，使硅传感器获得良好的一致性、稳定性和可靠性，而半导体的温度特性使硅压力传感器的零点和灵敏度随温度而发生漂移。针对硅压阻式压力传感器这一“弱点”，介绍一种基于压力芯片的惠斯顿电桥建立外接电阻补偿网络的数学模型，利用MatLab优化工具箱提供的优化方法构建算法，对补偿电阻求解，实现对温度漂移的补偿。该方法更有助于基于硅压阻式压力芯片的OEM型产品的大规模量产。