壓力傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化分析.pdf

1、壓力傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測(cè)、航空航天等領(lǐng)域，是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器。在眾多原理的壓力傳感器中，壓阻式壓力傳感器由于制造工藝簡(jiǎn)單，具有良好的線性度，同時(shí)直接輸出電壓信號(hào)，并且簡(jiǎn)化了傳感器與后續(xù)電路的接口問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)，占據(jù)了MEMS壓力傳感器的主流市場(chǎng)。當(dāng)一個(gè)壓力傳感器從設(shè)計(jì)到加工制作，直到最后正式投入工業(yè)實(shí)踐應(yīng)用之前，為了確保加工制作出的傳感器性能符合設(shè)計(jì)要求，必須先要經(jīng)過(guò)測(cè)試、標(biāo)定等一系列環(huán)節(jié)來(lái)研究分析及優(yōu)

2、化傳感器的性能。
　　傳統(tǒng)的壓力傳感器檢測(cè)方法是將壓力傳感器放置在壓力箱，通過(guò)給壓力箱設(shè)定不同的壓力值，使得整個(gè)壓力箱中的壓力滿(mǎn)足測(cè)試條件，利用這一方法來(lái)模擬實(shí)際壓力環(huán)境。
　　針對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)方法，本文首次提出了將靜電力應(yīng)用于壓力傳感器的檢測(cè)環(huán)節(jié)，有效地解決了壓力傳感器傳統(tǒng)檢測(cè)及標(biāo)定效率低、耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。本文對(duì)設(shè)計(jì)加工出的壓阻式氣壓傳感器進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)測(cè)得本次氣壓傳感器的靈敏度為1.77mV/hPa，非線性度為1.19％，各項(xiàng)

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明壓阻式壓力傳感器具有良好的線性、重復(fù)性和遲滯特性。同時(shí)，用靜電檢測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)于本結(jié)構(gòu)尺寸的氣壓傳感器，靜電檢測(cè)可以在量程110hPa～500hPa內(nèi)代替氣壓箱施加氣壓變化，測(cè)得氣壓傳感器在靜電力作用下的傳感器特性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)傳感器的特性進(jìn)行進(jìn)一步分析，也提出了改進(jìn)的方法。
　　本論文主要完成的工作分為四個(gè)部分:
　　1.針對(duì)本文提出的復(fù)合膜壓阻式傳感器結(jié)構(gòu)，進(jìn)行理論建模，給出了周邊固支可動(dòng)

4、電極在驅(qū)動(dòng)電壓作用下靜電力的數(shù)學(xué)解析模型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析。
　　2.用ANSYS有限元仿真軟件對(duì)壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模仿真，其中包括彈性復(fù)合敏感膜在外加壓力負(fù)載作用下的撓度與應(yīng)力分布。同時(shí)，仿真分析了彈性復(fù)合敏感膜在靜電力作用下的撓度與應(yīng)力分布，分析施加外力與靜電力之間的關(guān)系，驗(yàn)證數(shù)學(xué)解析模型。
　　3.基于華潤(rùn)上華MEMS加工現(xiàn)狀及中科院納米所納米加工平臺(tái)的工藝設(shè)備，提出了一條基于倒裝焊的靜電檢測(cè)氣壓傳感器工藝設(shè)