3 

     特种微型位移和力传感器∶压阻SFM传感器、压电SFM传感器、电容式SFM传感器。 
  • 微型光学传感器
 
  • 微型红外和热传感器
 

Micro-System

微型机械量传感器的发展历史 

 

      半导体材料,特别是Ge和Si,作为机械量-电学量转换器利用起源于1957年。在此以前C.S.Smith发表了Ge和Si的压阻系数比其它材料高的结果。F.P.Burns用两块Si薄片制成了声音传感器,W.P.Mason等人几乎在同时发表了更实用化的同种器件。二者是压阻传感的开始。 

 

      这之后,随着半导体材料加工技术的快速发展,材料变得更容易获得。1960年左右丰田理研开发出了十分实用的半导体应变传感器,同时,W.P.Wason等人制作了细长的Si传感器,可以贴在弹性体上作为载荷计使用。1961和1962年的Instrument Society of America大会上半导体应变传感器相关的报告很多。在此基础上,MicroSystem、Baidwin-Lima-Hamiton、和Kulite-Bytrex公司都先后推出了半导体应变计商品。另外一些工业化生产的微传感器产品,包括在石英上制作的霍尔效应(Hall Effect)探头、加速度计、力传感器以及化学传感器等等。 

 

        可以用微系统技术开发的微型传感器种类很多,本课程无法全部介绍。所以我们只能从基本的传感原理讨论入手,然后从一些典型微传感器结构来看这些原理是如何应用的。

 

      下表列出的是一些微系统机械量传感器中常用的传感原理。考虑的重点是∶是否需要电路集成、是否可以响应直流信号、温度系数、长程漂移、系统复杂性等。

第一   电阻和压阻应变传感 

 

      应变传感器(Strain Sensor)是许多微型器件上的一个集成部件,用于测量应变,或者直接测量结构的位移。应变传感器是特定的导体或者半导体,它被粘结或者直接加工在被侧表面上。传感器电阻随其尺寸按比例变化,这部分是由于尺寸变化(Streching),也部分由于1856年Lord Kelvin发现压阻效应(Piezoresistive)。传感器的灵敏度因设计不同有很大差别。种类繁多的传感器可以在很大范围内实现线性度很好的测量,满足广泛的应用要求。

 

      一般来说,其灵敏度可以用如下计量因子(Gauge Factor)表示   

(这里?用的是径向应变),我们可以用偏微分方法求出各个物理量对GF影响的表达式。

首先对电阻量表达式求微分  

(in 

Ω)。其中ρ电阻率,in Ω cm;L是长度in cm;A是截面积,in cm2。求偏微分得到: 

必须指出,这里把导体简化成了圆截面的线。用泊松比可以给出横向尺寸的相对变化。 

上式除以R得

截面积A与其横向尺度D的2次方成正比,所以有 

代入泊松比得到 

因此电阻的偏微分表达式写成 

上一页下一页

  • 下载地址 (推荐使用迅雷下载地址,速度快,支持断点续传)
  • 免费下载 PPT格式下载
  • 您可能感兴趣的
  • 汽车轮胎压力传感器  汽车轮胎最大承受压力  汽车轮胎压力  羚羊汽车轮胎压力范围  汽车轮胎温度  汽车轮胎气压监测系统  汽车轮胎检测  汽车销售管理系统设计  汽车制动系统设计