MEMS微传感器的工作原理1.pptx

MEMS微传感器的工作原理1;MEMS微传感器的工作原理1;微传感器的概念;MEMS微传感器的工作原理1;微传感器的技术指标： 量程：测量范围上限值和下限值的代数差。 灵敏度：传感器的在稳态下输出变化对输入变化的比值 线性度：传感器输出与输入之间的线性程度。 分辨率：指在规定测量范围内可能检测出的被测量的最 小变化量。 重复性：传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试 时所得特性曲线不一致程度。 频响范围：在规定误差条件下，传感器可以正常工作 的频率区间。;MEMS微传感器的工作原理1;MEMS微传感器的工作原理1;MEMS微传感器的工作原理1;MEMS微传感器的工作原理1;; 1)金属电阻的改变主要由材料几何尺寸的变化引起，因此 起主要作用； 2)半导体电阻的改变主要由材料受力后电阻率的变化引起，因此 起主要作用； 3)半导体的灵敏度因子比金属的高得多，一般在70-170之间。; 在正交坐标系中，沿任一晶向分布的压敏电阻，电阻的变化率与应力的关系为;MEMS微传感器的工作原理1;压阻式传感器输出信号的检测一般需要采用惠斯通电桥;;电容式微传感器的基本结构 ;间隙变化型：改变两极板间隙δ 面积变化型：改变形成电容的有效面积A 介质变化型：改变两极间介质的介电常数ε;间隙变化型电容式微传感器;略除高阶无穷小项，得;采用差动电容结构可以大大减小传感器输出的非线性：;MEMS微传感器的工作原理1; 为直流驱动电压，单位为V； 为隧道电流，单 位为A； 为常数，等于 ； 为有效隧 道势垒高度，单位为eV； 为隧道电极间距，单位为nm。在标准情况下(0.5 eV，1nm)，隧道电极间距 变化0.1nm时，隧道电流 改变2倍。利用这个原理，可以设计各种微传感器。; : 隧道电流，单位为A； : 直流驱动电压，单位为V； : 常数，等于 ； : 有效隧道势垒高度，单位为eV； : 隧道电极间距，单位为nm。 在标准情况下(0.5eV,1nm)，隧道电极间距d 变化0.1nm时，隧道电流 改变2倍。利用这个原理，可以设计各种微传感器。; 隧道电流式微传感器是一种高灵敏度的微传感器，具有噪声小、温度系数小以及动态性能好等特点。;MEMS微传感器的工作原理1;(4)压电敏感原理;压电材料的特性常常用电荷灵敏度系数来表示 电荷灵敏度系数：沿i轴在材料表面产生的电荷与沿j轴所加的力F的关系;MEMS微传感器的工作原理1; Howe[1987]提出了一个分析承受纵向力的振动梁在模态1时的固有频率的理论 ;y(x,t)满足;MEMS微传感器的工作原理1;MEMS微传感器的工作原理1;传感器 类型;各种敏感原理的优缺点;MEMS微传感器的工作原理1;MEMS微传感器的工作原理1;;压敏电阻;梁 ; 单悬臂梁微加速度计;;MEMS微传感器的工作原理1;MEMS微传感器的工作原理1;MEMS微传感器的工作原理1; 梳状结构的电容式微加速度计一般采用叉指结构，属于硅材料线加速度计，其结构加工工艺与集成电路加工工艺兼容性好，可以将敏感元件和信号调理电路用相同的工艺在同一硅片上完成，实现整体集成。 ;MEMS微传感器的工作原理1;检测质量电极;MEMS微传感器的工作原理1;输出;MEMS微传感器的工作原理1;线振动(音叉式)微陀螺仪 ;MEMS微传感器的工作原理1;MEMS微传感器的工作原理1;MEMS微传感器的工作原理1;氮化硅;MEMS微传感器的工作原理1;东京大学接触电容式压力传感器 ;MEMS微传感器的工作原理1;MEMS微传感器的工作原理1;;微传感器的实例(2)——光学;当入射光光子的能量大于被照射材料的逸出功时，就有光电子发射，称为外光电效应。 利用这种效应制成的传感器有真空光电管、光电倍增管等。;利用半导体光电导效应可制成光敏电阻 其基本原理是辐射时半导体材料中的电荷载流子（包括电子和空穴）的增殖使其电阻率发生变化。;如图所示，当透光性较强的半导体基体A接受光子能量后，两光敏电阻的连接处可产生电势。产生的电势可以通过电桥电路中电阻的改变测量出来。;一种特殊的材料，当有光照时其自身电阻会发生变化。 ;图中的光电二极管由p型和n型掺杂的半导体层组成; 图中的光电子管由p－、n－和p－掺杂层组成。入射的光子能量可以被转换成从这些器件中输出的电流。;; 热电偶是测量热的最常用的传感器 工作原理：依靠两个不同金属线的末端产生的电动势，此电动势在两个导线的交节点（称为节点）被加热的情况下产生。;热电偶;; 在热