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题目：
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雅宝题库解析：
微机械压力传感器从问世以来一直是微机电系统（microelectro-mechanical-system，简称MEMS）主要研究方向之一。硅微机械压力传感器已经在汽车、生物医学、航空航天、军事及健康维护等领域得到了广泛应用。同时，硅谐振器作为重要敏感元件，已经应用于对压力、力、加速度以及质量流量等测量。 谐振式压力传感器主要是通过测量施加压力前后谐振膜谐振频率变化来实现对压力测试，而谐振频率的变化主要是由于施加压力后敏感元件内部应力变化引起的。通过频率检测的方式实现对压力的检测，具有高灵敏度、高测量精度、高稳定性、受电磁干扰小以及准数字输出等优点。因此，检测得到的数字信号可以非常方便的实现与数字电路的接口。因此，相对于其它形式的传感器，该传感器具有高灵敏度、高测试精度等优点。 本文介绍了一种基于谐振圆膜片的压力传感器。该传感器最主要的敏感结构是一个四周固定的圆膜片。膜片上对外界信号的激励和检测都是通过压电材料（Piezoelectric material ，PZT）来实现的。在传感器设计过程中谐振器的谐振频率与被测量之间具有一定的函数关系。当被测量发生变化时，圆型膜片的形状也相应发生变化，进而导致膜片谐振频率的变化。因此，通过检测谐振频率的变化，便可通过一定的函数关系计算得到对应的被测量数值。论文所做主要工作如下：首先，论文对MEMS的发展历史、微机械压力传感器、圆膜片压力传感器以及谐振式微机械压力传感器的最新研究成果进行了详细介绍。然后，论文对谐振式压力传感器进行了详细的理论分析。研究重点是传感器最重要的部分—谐振式圆膜片谐振频率的计算，并给出了在一定压力下，膜片上表面应力分布情况；对传感器激振-拾振方式，尤其是压电转换方式进行了研究。第三， 建立了传感器的数值模型并对其进行了优化设计。设计过程中，为得到较高灵敏度，对不同参数进行了计算，通过对不同参数下的灵敏度进行比较，得到了较理想的优化效果。同时，对圆形谐振器的谐振频率进行了计算。 第四，采用有限元仿真方法，对各种数字模型的计算结果进行了比较。为得到较理想的灵敏度，对压电材料的分布情况、压电材料的形状、尺寸以及压电材料激励和检测方式对灵敏度的影响进行了详细分析。再次，采用有限元软件Ansys中的静态分析模块、模态分析模块以及谐响应分析模块，对整个模型的相关参数指标进行了计算。 最后，对传感器的制作工艺进行了研究。在对目前国内为相关研究现状进行调研的基础上,得到了比较理想的体硅制作工艺并给出了详细的制作工艺流程。 最终得到的圆膜片最好设计参数为：半径为1000μm， 厚度为25 μm， 激励压电材料布置方式:圆膜片中心; 检测压电材料距中心距离为900μm。压电材料相关参数为长140 μm，宽36 μm，厚5 μm。在0~0.1Mpa压力作用下，谐振膜片谐振频率变化范围为102400Hz ~102700Hz。在圆膜片具有小位移的情况下，传感器具有良好的线性度。 |
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发表于 2024-2-5 18:22:43
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