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压力微传感器性能测试与研究

作　者: 佘剑锋
导　师: 谭晓兰
学　校: 北方工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 压力微传感器工艺流程测试装置实验测试
分类号: TP212.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在众多的MEMS器件中,应用最为广泛的一种的是硅微压力传感器。而随着传感器的不断发展和应用,与其相应的控制测量技术越来越受到重视,对新一代传感器的要求也越来越高。本文介绍了一种量程为20Kpa的压阻式微压力传感器,重点对传感器结构进行了设计。应用微传感器基础知识、硅的压阻效应、小挠度理论、膜的应力形变力学知识、惠斯通电桥等相关知识设计了传感器的结构尺寸；利用小挠度理论设计弹性薄膜厚度,确定电阻的布置方式,采集最大应力值,得出传感器输出值。并通过研究微加工工艺,制定了传感器的工艺流程,加工出传感器芯片。设计制作一种基于压阻式压力微传感器的测试装置,该测试装置由压力容器、检测电路和温控系统三部分组成。测试装置的设计主要分为硬件和软件两部分。硬件部分包括检测电路和温控系统,采用模块式设计,分别对各个模块进行了详细的介绍；软件部分主要是针对检测电路的系统程序设计,对采用的软件平台和流程设计做了系统介绍。最后,以现有传感器为目标,利用设计的测试装置对传感器进行了压力输出电压的测试,同时研究了不同环境温度对传感器灵敏度的影响。利用该测试装置对压阻式压力微传感器样品的输出特性进行了实验测试,并对测试结果进行了对比分析。测试结果表明：测试结果数据与传感器理论值总体一致,设计测试装置简单有效、操作性强。证明了测试装置原理设计的正确性,为以后的改进完善提供了基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-10
  1.1 选题背景  7
  1.2 微传感器测试技术的研究现状与发展趋势  7-9
    1.2.1 国内外研究现状  8
    1.2.2 微传感器测试的关键技术  8-9
  1.3 课题意义与主要研究内容  9-10
2 压阻式压力微传感器的设计  10-25
  2.1 相关理论基础  10-12
    2.1.1 压阻效应  10-12
    2.1.2 小挠度理论基础  12
  2.2 压阻式微压力传感器的工作原理  12-15
  2.3 压阻式微压力传感器的结构设计  15-20
    2.3.1 硅杯结构设计和材料的选择  15-16
    2.3.2 弹性薄膜的厚度  16-19
    2.3.3 硅杯掩模窗口的边长确定  19-20
  2.4 压敏电阻的设计  20-22
  2.5 工艺流程的设计  22-24
  2.6 本章小结  24-25
3 压阻式压力微传感器测试装置硬件设计  25-37
  3.1 总体设计  25-26
  3.2 检测电路设计  26-29
  3.3 温度控制电路设计  29-36
  3.4 本章小结  36-37
4 系统软件设计  37-44
  4.1 软件平台  37-39
  4.2 子程序的设计  39-43
  4.3 本章小结  43-44
5 压阻式压力微传感器的测试与分析  44-52
  5.1 压力传感器的测试  44-48
  5.2 结果与分析  48-51
  5.3 本章小结  51-52
结论  52-53
展望  53-54
参考文献  54-57
申请学位期间的研究成果及发表的学术论文  57-58
致谢  58

压力微传感器性能测试与研究

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