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压阻式压力传感器薄膜表面应力的有限元分析-利来app官网

2017-09-01

       微压传感器的工作原理风压传感器的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,和用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。灵敏度和线性度是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压力传感器,必需探索出一种压力传感器灵敏度和线性度的有效仿真方法。

      提供了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,从而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由于采用压电单晶片结构,并内置前置放大器,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,因此,迫切需要一种简便的测量装置测量传感器的性能。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。检测单元完成被测过程参数的信号输入,可直接和各种传感器相连接。由于在传感器中集成了微计算机,其处理功能较强,因而同时可配接多路检侧通道。可使用单一传感器,以实现常规的参数侧量;也可使用复合传感器,以实现多种传感器检测的信息融合。在此基础上,可以根据实际应用的要求,增加与上位计算机的连接接口.亦可通过遥控单元或网络通讯控制单元实现远程数据的传送。为提供与已有传统仪表和设备连接的能力,部分压力传感器还保留了4~2oma的联络信号,使输出的模拟和数字信号制式共存。

      数字式压力传感器的核心是微处理器,因而要求各种信号在压力传感器内部进行交换和处理时均采用数字信号方式。微处理器的处理功能一般包括检测信号的线性化处理、量程调整、数据转换、系统自检以及网络通讯等。同时还控制a/d和d/a单元的运行,实现模拟信号和数字信号的转换。压力传感器的种类是非常多的,mems压力传感器就是常用的一种。

       mems压力传感器具有稳定性好、可靠性高、使用灵活、维护简便等优点,被广泛的应用于多个行业当中。导航是我们经常使用到的一种装置,在导航中mems压力传感器的使用也是非常广泛的。

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