5 第五章 微传感器.pdf

专业选修课程 专业选修课程 Micro-Electro-Mechanical-System(MEMS) Micro-Electro-Mechanical-System(MEMS) 微机电系统 第5章 微传感器 第第55章微传感器章 微传感器 微传感器的基本概念 微传感器的基本概念 机械量微传感器 机械量微传感器 声/光/ 电/磁/热微传感器 声/光/ 电/磁/热微传感器 生物化学微传感器 生物化学微传感器 微传感器的基本概念 微传感器的基本概念 传感器概念 传感器—— 两个部分：感受被测量（敏感元件）/转换成 可用输出信号（转换元件） 调节器—— （电）信号AD转换/放大/调制/滤波/解调 输出转换器——转换成显示、记录或执行的能量形式 传感器的性能 分辨能力 精确性 实用尺度 阈值 滞变 量程 选择性 线性 全量程输出FSO 灵敏度 重复性 响应速度 稳定性 适应环境能力 条件与结果 允许的环境条件 过载性能 偏置 工作寿命 输出格式 传感器分类 按被测能量形式： 机械/电学/磁学/热学/声学/光学/辐射/化学/生物 有源(active，例如压电)、无源（positive，例如荧光） MEMS与宏观传感器的比较 • 微型化，更重要是利用微效应（尺度、材料）提高性能 • 大多测量原理相同或类似，产生许多新传感原理 • 分类、信息与能量传输方式上相同，制造方式不同 最早出现、市场值最大、发展最快 第一部分 机械量微传感器 第一部分 机械量微传感器 测量物理量——形变/位移 结构特征——膜片、梁，原 因 材料——硅，原因 传感器按测量参数分类—— 压力、加速度、角速度、直线 或角位移 敏感机理——压电、压阻、 电容、电感、谐振 压电检测原理与特点 原理——压电效应/逆压电效应 D d =+εE i ij i 压电系数（n×m）矩阵`其简化考虑 S YT =+d E 主要压电常数d33、d31 j j ij i 特点：分辨率高 （测基因）、响应快、工艺兼容性 应用：麦克风、超声传感器、压力传感器、位移变形 压阻检测原理与特点 原理——压电电阻效应；形变破坏能带结构、改变电子 迁移率和载流子密度。 压阻系数（n×m）矩阵 特点：温漂大；电阻最大变化率为5%，灵敏度不是很 高；结构简单可靠 应用方式—— 多为推拉信号的桥式结构 电容检测原理与特点 原理简单 特点：零漂小、结构简单、动态响应快、非接触测量。 对于侧面力的测量灵敏度较差、电容变化值大所以灵敏度 高；易受杂散电容干扰，所以须立即转换成电压信号 谐振检测原理与特点