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什么是MEMS压力传感器?

2021-06-07浏览次数:444

什么是MEMS压力传感器?


微电子机械系统(MEMS)设备将小型机械和电子元件结合在硅芯片上。用于制造集成电路(IC)上的晶体管、互连和其他组件的制造技术也可以用于制造机械组件,如弹簧、可变形薄膜、振动结构、阀门、齿轮和杠杆。

该技术可用于制造各种传感器,包括几种类型的压力传感器。它能够在单个 IC 上结合精确的传感器、强大的处理能力和无线通信(例如,Wi-Fi 或蓝牙)。受益于传统集成电路的规模优势和成本效率,MEMS传感器可以大批量生产,

MEMS压力传感器的种类:


1、MEMS电容式压力传感器

为了制造电容式传感器,导电层沉积在膜片和腔体底部以制造电容。电容通常为几皮法拉德。膜片的变形改变了导体之间的间距,从而改变了电容。可以通过将传感器包含在调谐电路中来测量变化,该电路会随着压力的变化而改变其频率。

该传感器可与芯片上的电子元件一起使用,产生一个振荡器,产生输出信号。由于在硅上制造大电感的困难,这通常是基于RC电路。这种方法非常适合无线读出,因为它会产生高频信号,可以用合适的外部天线检测到。或者,可以通过测量从电流源向电容充电所花费的时间,可以更直接地测量电容。在这两种情况下,电子设备和传感器元件的无限接近将杂散电容和噪声引起的误差降至最低。

2、MEMS压阻式应变传感器

压阻式应变传感器是最早成功的MEMS压力传感器,广泛用于汽车、医疗和家用电器等。

导电传感元件直接制造在膜片上,这些导体电阻的变化提供了一种测量施加压力的方法。电阻的变化与应变成正比,应变就是导体长度的相对变化。电阻器连接在惠斯通电桥中,可以非常准确的测量电阻变化。压阻元件可以布置成使它们经受相反的应变(一半被拉伸,另一半被压缩)以最大化给定压力的输出信号(见下图)。

压阻元件的两种排列方式

3、其他类型的MEMS压力传感器

例如,可以使用作为施加压力的函数的共振频率来创建机械结构(如调整钢琴弦)。施加信号使结构振动并测量谐振频率的变化。这种设备可能非常精确,但难以制造,并且对其他环境因素(如温度)也很敏感,这些因素也会改变谐振频率。

表面声波 (SAW) 传感器的工作原理是通过压电材料薄膜发送振动。波被另一个换能器拾取并转换回电信号。可以测量由表面变形引起的声信号的幅度或相位的变化,以给出压力的指示。