根据市场情况,精秤总结了传感器的四个发展方向。微机械压力传感器也是一种传感器。微机械压力传感器是开发较早的微机械产品,也是微机械技术中成熟的产业化产品。近年来,MEMS压力传感器的技术并没有提高,功能越来越全面,应用范围也越来越广泛。目前微机械压力传感器的发展方向主要分为四个方向。下面给大家介绍一下四个方向。
一种是将敏感元件与信号处理、校准、补偿电路和微控制器集成,研制智能显微视觉机械压力传感器。
二是进一步提高灵敏度,实现低量程的微机械压力传感器。这种微压传感器用于脉动风压、流量和密封泄漏识别等领域。
三是提高工作温度,研制高低温微机械压力传感器。由于Pn结的温度容差,压阻式微机械压力传感器只能在120度以下的工作温度下使用。但在许多领域迫切需要在高低温下正常工作,如磁锅炉、管道、高温容器、井下压力和各种发动机腔体中的压力。目前,高温微机械压力传感器的研究主要包括合金薄膜溅射微机械压力传感器、高温光纤微机械压力传感器、高温电容式微机械压力传感器等。
第四是研制谐振式微机械压力传感器。谐振式微机械压力传感器不仅具有普通微机械压力传感器的优点,还具有准数字信号输出、抗干扰能力强、分辨率和测量精度高等优点。硅谐振式微机械压力传感器的激励检测方法包括电磁激励、静电激励电容、逆压电激励、电热激励压阻和光热激励/光信号。其中,电热激励/压阻拾振的谐振式微机械压力传感器价格低廉,与工业IC工艺兼容,可将敏感元件和信号调理电路集成在一块芯片上,具有诱人的应用前景。这种传感器具有高的温度交叉灵敏度, 为此,设计了一种具有温度补偿功能的复合谐振式微机械压力传感器。
该谐振器由制作在同一硅片上的微桥谐振器和微悬臂梁谐振器组成。微桥谐振器和微悬臂梁谐振器的材料相同,厚度相同或相近,制造工艺完全相同,因此可以同步响应温度变化。通过数据融合技术,微悬浮hip梁谐振器的谐振频率作为温度敏感元件,实时补偿温度变化对微桥谐振器谐振频率的交叉敏感性。补偿谐振MEMS压力传感器的温度交叉灵敏度降低了两个数量级。光和热激励的谐振式微机械压力传感器拾取光信号的振动,具有抗电磁干扰和防爆的优点, 是电热激励谐振式微机械压力传感器拾取压阻振动的有益补充,但需要复杂的光学系统,不易实现,成本高。力传感器是工业实践中常用的一种传感器,而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制成的,也称压电式传感器。
我们知道晶体是各向异性的,非晶是各向同性的。有些晶体介质在一定方向上受到机械力变形时会产生极化效应。当机械力撤除后,会回到不带电的状态,即在压力下,有些晶体可能会产生一种电效应,这种电效应称为极化效应。根据这一效应,科学家们开发了压力传感器。
压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的"居里点")。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以
已经得到了广泛的应用。
在现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、pzt、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。
压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
压电传感器主要用于加速度、压力和力的测量。压电加速度计是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长的优点。压电式加速度计已广泛应用于飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑物的振动和冲击测量,特别是在航空和航天领域。压电传感器也可以用来测量发动机的内燃压力和真空度。它还可以用于军事工业,例如测量枪支子弹在膛内发射瞬间的膛压变化和枪口冲击波压力。它可以用来测量大压力和小压力。
压电传感器也广泛用于生物医学测量。例如,心室导管麦克风由压电传感器制成。因为测量动态压力是如此普遍,压电传感器被广泛使用。
除了压电传感器,还有利用压阻效应制作的压阻传感器、利用应变效应的应变传感器等。这些不同的压力传感器通过使用不同的效果和不同的材料,可以在不同的场合发挥其独特的作用。