低量程壓力傳感器靈敏度的研究

2萬字
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摘要
傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，它與通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)夠成現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。在各種傳感器中，硅壓力傳感器是應(yīng)用最為廣泛的一種。壓阻式傳感器廣泛地應(yīng)用航天、航空、航海、石油化工、動力機(jī)械、生物醫(yī)學(xué)工程、氣象、地質(zhì)、地震測量等各個領(lǐng)域。隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，壓阻式傳感器的應(yīng)用還將迅速發(fā)展。隨著當(dāng)前測試技術(shù)的發(fā)展，要求壓力傳感器量程越來越小，分辨率越來越高。
本文首先對硅壓阻式壓力傳感器的工作原理及其結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行了分析，然后進(jìn)行傳感器的結(jié)構(gòu)及芯片設(shè)計。通過對感壓薄膜的力學(xué)結(jié)構(gòu)的分析與比較，總結(jié)出優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)的方法。同時考慮到溫度漂移對傳感器有比較大的影響，分析幾種典型溫度補償電路來提高傳感器性能。然后采用ANSYS軟件對傳感器芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬仿真，研究了壓力傳感器的特性。最后考慮薄膜上的內(nèi)應(yīng)力分為張應(yīng)力和壓應(yīng)力，研究薄膜內(nèi)應(yīng)力對低量程壓力傳感器靈敏度的影響。

關(guān)鍵詞：壓力傳感器；低量程；薄膜應(yīng)力；靈敏度

Abstract
Sensor technology is an important symbol of modern science and technology development level. and is one of three greatest technique of the information(include communication,technique and calculator technique).Si pressure sensor is the most widely used among all kinds of sensors.Piezoresistive sensor is widely used in aerospace, aviation, Marine, petrochemical, machinery, biomedical engineering, meteorology, geology, seismic surveying and other fields. With the further development of microelectronics and computer technology.application of piezoresistive pressure sensor will also develop quickly.The development of the current test technology require pressure sensor has more smaller range and higher resolution.
This article firstly analyzed the operating principle and structure characteristics of silicon piezoresistive pressure sensor. By analyzing and comparing the mechanical structure of the pressure sensing film, we summed up the methods of optimal sensor structure. Then use the ANSYS software to simulate the sensor chip structure and studying the characteristics of pressure sensor.The stress on the film is divided into tensile stress and compressive stress. We study the film internal stress effect on the sensitivity of low range pressure transducer.
Keywords:piezoresistive pressure sensor，micro-range，membrane stress，sensitivity


目錄
目錄 III
第一章 緒論 1
1.1壓力傳感器簡介 1
1.2傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢 1
1.3傳感器的分類 3
1.4傳感器的靜動態(tài)特性 4
1.5壓力傳感器的封裝概況 5
第二章 壓阻式壓力傳感器 6
2.1引言 6
2.2壓阻式壓力傳感器的工作原理 6
2.3壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計 7
2.4壓阻效應(yīng) 7
2.5壓阻系數(shù) 9
2.6傳感器的溫度補償 11
第三章 壓力傳感器設(shè)計和仿真 13
3.1芯片結(jié)構(gòu)研究與簡化設(shè)計 13
3.2應(yīng)力分布研究 14
3.3.1實體建模 15
3.3.2網(wǎng)格劃分 16
3.3.3施加載荷，求解 17
3.3.4結(jié)果分析 17
3.4島高及梁膜片尺寸對傳感器性能的影響 20
3.5本章小結(jié) 21
第四章 薄膜應(yīng)力和靈敏度的分析 22
4.1薄膜應(yīng)力簡介 22
4.2薄膜應(yīng)力測量方法 23
4.3薄膜應(yīng)力的測試分析 24
4.4傳感器的靈敏度與分辨率 27
4.5應(yīng)力對靈敏度影響的研究分析 28
第五章 總結(jié) 32
致謝 33
參考文獻(xiàn) 37