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小量程MEMS电容式压力传感器探究

导读: 本文介绍了电容式传感器在小量程压力测量领域的优势和目前研制小量程MEMS电容式压力传感器的技术难点。从实现MEMS电容式传感器小量程压力测量的不同方法出发,详细论述了国内外的研究成果、关键技术及应用情况。

引言

如今,用于测量中等压力(0.1~10 MPa)的MEMS传感器已经相当成熟,并且已经实现批量化生产。工作压力低于0.1 MPa者却不多见,远不能满足小量程压力测量需求。

小量程压力测量主要应用于大气压力测量和生物体内部的压力测量。气压测量在气象、航空、实验室等条件中运用频繁。在气象学领域里,压力数据是估算大气中水汽含量不可或缺的参数。

又如,根据气压值随海拔高度线性降低的关系可以实时获取航天器飞行时的高度位置信息。这些应用领域的气压值均在一个大气压(0.1 MPa)以下,而且需要传感器便携式和集成化。在临床医疗过程中,实时、准确地监测人体各种压力指标的变化能对诊断和治疗起到非常积极的作用。

这些被测压力都比较小,青光眼的眼压范围在10~100 kPa之间,人类与外部接触所产生的压力大约在0~220 kPa之间。除此之外,传感器还需要植入生物体中,所以体积要微小并能进行非接触式测量。因此,小量程MEMS压力传感器应用前景广泛,对其研究具有重要意义。

由于作用压力小,灵敏度成为了制约小量程MEMS压力传感器发展和应用的难点。通常,灵敏度的提高会导致线性度的降低,反之亦然。要成功研制出小量程压力传感器,必须首先解决小量程高灵敏度输出与超薄力敏膜片大挠度引起的非线性误差之间的矛盾。

MEMS压力传感器多种多样,与其他类型的传感器相比,电容式压力传感器不仅结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、温度漂移小,而且能够进行非接触式的无线无源测量。

特别地,电容式传感器还可以承受更高的满量程过载,这点对于小量程测试应用也是十分重要的,因为相对高的压力载荷经常会出现在小量程压力检测过程中。通过上述分析可知,电容式压力传感器很适合用于小量程压力测量。

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