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高過載低量程測試傳感器的選擇比較
 
更新時間:2017.06.27 瀏覽次數:
 

一、前言

動態測試領域中傳感器的高過載低量程一直是未能徹底解決的問題,這主要是因為傳統工藝傳感器固有的特性或工藝不能滿足這一特定環境的要求。傳統的壓電傳感器由於輸出阻抗高,低頻特性較差,在高過載後常發生零漂現象,使得測量數據不能真實再現被測量的動態過程,而傳統工藝的壓阻和電容傳感器雖然在頻響方麵能滿足測試要求,低頻漂移較小,但由於製造工藝的原因,也不能較好解決這一測試問題。

現在,MEMS技術的發展為傳感器技術的發展提供了一個機會,MEMS加速度傳感器尺寸小、質量輕,抗過載能力高、動態響應快,因此,在動態測試領域將有廣闊前景。

二、MEMS傳感器的原理、結構、工藝及特點

三、MEMS加速度計主要由一個懸臂梁構成,梁的一端固定,另一端懸掛一個能感應由加速度產生的作用力的質量塊,其結構如圖1所示。目前,已有壓阻式、電容式、隧道式、共振式、熱形式等幾種類型

[1]本文將主要介紹壓阻式加速度傳感器。

壓阻式加速度傳感器一般為三層結構:頂層和底座通常為玻璃或矽片,起密封和過載保護作用,底座上還有前置放大和各種補償電路

[2]中間層是用體矽加工工藝加工出的懸臂和質量塊,並且,在懸臂上用離子注入工藝製作出應變電阻器,當質量塊受到力運動時,電阻器的阻值變化,通過惠斯通電橋檢出電阻變化量,以此求得加速度值。

製作傳感器的微機械加工技術可分為體微機械加工和表麵微機械加工兩種。體微機械加工技術是對單晶矽或有表膜的體矽進行腐蝕,從而得到預期微結構的一種加工技術;而表麵微機械加工技術則是對沉積或生長在基片上的多層膜進行加工,得到各種微機械結構的加工技術。體微機械加工技術中關鍵的步驟是腐蝕工藝,分為濕法腐蝕和幹法腐蝕兩種,目前被廣泛使用的是濕法腐蝕工藝,其包括各向同性與各向異性腐蝕。各向同性腐蝕是指在晶片各個方向上腐蝕速度相等,可以製作出任意橫向幾何形狀微細圖形結構的方法,而各向異性腐蝕則是與被腐蝕晶片的結構方向有關的腐蝕方法,利用掩蔽圖形與不同晶麵的對準角關係,可以製作出深度達幾十微米的不同種三維空間結構,如V型槽、懸臂梁、懸台結構等。

MEMS傳感器的特點是有質量塊位移限位結構,使質量塊在高過載激勵下的位移被限製在安全的形變範圍內。此外,傳感器和信號處理電路係統還都采用抗高過載封裝技術封裝在同一個矽片上。

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