微傳(chuan)感器(qi)研究(jiu)的現(xian)狀(zhuang)與發展方(fang)向(xiang)

壓(ya)阻(zu)式(shi)壓(ya)力傳(chuan)感器(qi)由於受(shou)耐溫限(xian)制(zhi)只能(neng)用於120℃以(yi)下的工(gong)作(zuo)溫度(du)然(ran)而在(zai)許多領(ling)域迫(po)切需(xu)要能(neng)夠在高(gao)低(di)溫(wen)下正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)的壓(ya)力(li)傳感器(qi),例(li)如(ru)測(ce)量(liang)鍋(guo)爐(lu)、管(guan)道(dao)、高(gao)溫容(rong)器內的壓(ya)力(li)井(jing)下壓(ya)力(li)和各(ge)種(zhong)發動(dong)機(ji)腔體內的壓(ya)力(li)。目(mu)前(qian)對高(gao)溫壓力(li)傳感器(qi)的研(yan)究(jiu)主要包(bao)括SOS、SOI、SiC、Poly??Si合金(jin)薄(bo)膜濺(jian)射壓(ya)力(li)傳(chuan)感器(qi)、高(gao)溫光纖壓力(li)傳感器(qi)、高(gao)溫電(dian)容(rong)式壓力傳感器(qi)等。其(qi)中(zhong)6H??SiC高(gao)溫壓力(li)傳感器(qi)可望(wang)在(zai)600℃下應用。
開發諧振(zhen)式(shi)壓(ya)力傳感器(qi)。 
微機(ji)械諧振(zhen)式(shi)壓(ya)力傳感器(qi)除了具(ju)有(you)普通(tong)微傳(chuan)感器(qi)的優點(dian)外(wai)還具(ju)有(you)準數(shu)字(zi)信號(hao)輸出分辨力(li)和測(ce)量(liang)精度(du)高(gao)的優點(dian)。矽(gui)微諧振(zhen)式(shi)傳(chuan)感器(qi)的激(ji)勵(li)/檢測(ce)方(fang)式有(you)電(dian)磁激(ji)勵(li)/電(dian)磁拾(shi)振(zhen)、靜(jing)電(dian)激(ji)勵(li)/電(dian)容(rong)拾振(zhen)、逆(ni)壓(ya)電(dian)激(ji)勵(li)/壓電(dian)拾(shi)振(zhen)、電(dian)熱激(ji)勵(li)/壓敏(min)電(dian)阻(zu)拾振(zhen)和光(guang)熱激(ji)勵(li)/光信(xin)號(hao)拾振(zhen)。其(qi)中(zhong)電(dian)熱激(ji)勵(li)/壓敏(min)電(dian)阻(zu)拾振(zhen)的微(wei)諧振(zhen)式(shi)壓(ya)力傳感器(qi)價格低(di)廉(lian)與工業(ye)IC技術兼(jian)容(rong)可將(jiang)敏(min)感元(yuan)件與信號(hao)調理電(dian)路(lu)集(ji)成在(zai)1塊(kuai)芯(xin)片上，德圖(tu)煙氣(qi)分析(xi)儀具(ju)有(you)誘人的應用前(qian)景。目(mu)前(qian)主要有(you)中(zhong)科院(yuan)電(dian)子(zi)所、北(bei)京(jing)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)大(da)學(xue)和西(xi)安(an)交(jiao)通(tong)大(da)學(xue)從(cong)事(shi)這方面(mian)的研(yan)究(jiu)精度(du)可達到0.37％。我(wo)們在研究中(zhong)發現(xian)這種(zhong)傳感器(qi)的溫(wen)度(du)交叉(cha)靈敏(min)度(du)較(jiao)大(da)為此設(she)計了壹種(zhong)具(ju)有(you)溫度自(zi)補(bu)償(chang)功能的復(fu)合微(wei)梁(liang)諧振(zhen)式(shi)壓(ya)力傳感器(qi)。諧振(zhen)器(qi)由在同(tong)壹矽(gui)片上制(zhi)作的微(wei)橋(qiao)諧振(zhen)器(qi)和微(wei)懸臂梁(liang)諧振(zhen)器(qi)組(zu)成(cheng)微橋諧振(zhen)器(qi)和微(wei)懸臂梁(liang)諧振(zhen)器(qi)材(cai)料(liao)相(xiang)同(tong)厚(hou)度(du)相(xiang)等(deng)或相(xiang)近制(zhi)作工(gong)藝相(xiang)同(tong)同(tong)時(shi)制(zhi)作因(yin)而二者對溫(wen)度(du)變化(hua)可以(yi)同(tong)步響應。通(tong)過數(shu)據(ju)融(rong)合技術作(zuo)為溫敏(min)元(yuan)件(jian)的微(wei)懸臂梁(liang)諧振(zhen)器(qi)的諧振(zhen)頻(pin)率實時(shi)補(bu)償(chang)溫度(du)變化(hua)對微(wei)橋(qiao)諧振(zhen)器(qi)諧振(zhen)頻(pin)率的交(jiao)叉(cha)靈敏(min)度(du)。經(jing)補(bu)償(chang)的諧振(zhen)式(shi)壓(ya)力傳感器(qi)的溫(wen)度(du)交叉(cha)靈敏(min)度(du)減(jian)小了兩(liang)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)。光(guang)熱激(ji)勵(li)/光學(xue)信(xin)號(hao)檢測(ce)的微(wei)諧振(zhen)式(shi)壓(ya)力傳感器(qi)具(ju)有(you)抗電(dian)磁幹擾、防(fang)爆(bao)等(deng)優點(dian)是對電(dian)熱激(ji)勵(li)/壓敏(min)電(dian)阻(zu)拾振(zhen)的微(wei)諧振(zhen)式(shi)壓(ya)力傳感器(qi)的有(you)益補(bu)充但(dan)是需(xu)要復(fu)雜的光(guang)學(xue)系(xi)統不(bu)易(yi)實(shi)現(xian)成本較高(gao)。 
微加速度(du)傳(chuan)感器(qi) 
矽(gui)微加速度(du)傳(chuan)感器(qi)是繼(ji)微(wei)壓(ya)力傳感器(qi)之(zhi)後第二個(ge)進入市場(chang)的微(wei)機(ji)械傳感器(qi)。其(qi)主要類(lei)型有(you)壓阻式、電(dian)容(rong)式、力平衡式(shi)和諧振(zhen)式(shi)。其(qi)中(zhong)有(you)吸(xi)引力的是力(li)平(ping)衡加(jia)速度(du)計(ji)，粗糙(cao)度(du)儀其(qi)典(dian)型(xing)產(chan)品是Kuehnel等(deng)人在1994年報道(dao)的AGXL50型(xing)其(qi)結(jie)構(gou)包(bao)括4個(ge)部分：質量(liang)塊(kuai)、檢測(ce)電(dian)容(rong)、力平衡執(zhi)行(xing)器(qi)和信(xin)號(hao)處理電(dian)路(lu)集(ji)成制(zhi)作在(zai)3mm×3mm的矽(gui)片上其(qi)中(zhong)機(ji)械部分采(cai)用表(biao)面(mian)微(wei)機(ji)械工藝制(zhi)作，超(chao)聲(sheng)波(bo)硬(ying)度(du)計(ji)電(dian)路(lu)部分采(cai)用BiCMOSIC技術制(zhi)作。隨後Zimmermann等(deng)人報道(dao)了利(li)用SIMOXSOI芯(xin)片制(zhi)作的類(lei)似(si)結(jie)構(gou)Chan等(deng)人報道(dao)了測(ce)量(liang)範(fan)圍(wei)在(zai)5g和1g的改(gai)進型力(li)平(ping)衡式(shi)加(jia)速度(du)傳(chuan)感器(qi)。這種(zhong)傳感器(qi)在汽車的防(fang)撞氣(qi)袋控(kong)制(zhi)等領(ling)域有(you)廣泛的用途成本在15美(mei)元以(yi)下。 
在(zai)微(wei)加速度(du)傳(chuan)感器(qi)的研(yan)制(zhi)方面(mian)也(ye)作了大(da)量(liang)的工(gong)作(zuo)如(ru)西(xi)安(an)電(dian)子(zi)科技大(da)學(xue)研(yan)制(zhi)的壓(ya)阻(zu)式微(wei)加速度(du)傳(chuan)感器(qi)和清華(hua)大(da)學(xue)微(wei)電(dian)子(zi)所開發的諧振(zhen)式(shi)微(wei)加速度(du)傳(chuan)感器(qi)。後者采(cai)用電(dian)阻(zu)熱激(ji)勵(li)、壓阻(zu)電(dian)橋(qiao)檢測(ce)的方(fang)式(shi)其(qi)敏(min)感結(jie)構(gou)為(wei)高(gao)度對稱的4角(jiao)支撐質量(liang)塊(kuai)形式(shi)在(zai)質量(liang)塊(kuai)4邊與支撐框架之(zhi)間制(zhi)作了4個(ge)諧振(zhen)梁(liang)用於信(xin)號(hao)檢測(ce)。 
微(wei)機(ji)械陀(tuo)螺(luo) 
角(jiao)速度(du)壹(yi)般是用陀(tuo)螺(luo)儀來(lai)進行測(ce)量(liang)的。傳(chuan)統(tong)的陀(tuo)螺(luo)儀是利(li)用高(gao)速轉動(dong)的物(wu)體(ti)具(ju)有(you)保持其(qi)角動(dong)量(liang)的特(te)性(xing)來測(ce)量(liang)角(jiao)速度(du)的。