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MEMS传感器

2011-06-21 3页 doc 148KB 24阅读

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MEMS传感器4 MEMS传感器 4.1概念与结构 MEMS传感器是利用集成电路技术工艺和微 机械加工方法将基于各种物理效应的机电敏感元器 件和处理电路集成在一个芯片上的传感器。 MEMS是微电子机械系统的缩写,一般简称微机 电。 如图14所示,主要由微型机光电敏感器和微型 信号处理器组成。前者功能与传统传感器相同,区 别是用MEMS工艺实现传统传感器的机光电元器 件。后者功能是对敏感元件输出的数据进行各种处 理,以补偿和校正敏感元件特性不理想和影响量引 入的失真,进而恢复真实的被测量。 MEMS传感器主要用于控制系统。利用 MEMS技术工...
MEMS传感器
4 MEMS传感器 4.1概念与结构 MEMS传感器是利用集成电路技术工艺和微 机械加工方法将基于各种物理效应的机电敏感元器 件和处理电路集成在一个芯片上的传感器。 MEMS是微电子机械系统的缩写,一般简称微机 电。 如图14所示,主要由微型机光电敏感器和微型 信号处理器组成。前者功能与传统传感器相同,区 别是用MEMS工艺实现传统传感器的机光电元器 件。后者功能是对敏感元件输出的数据进行各种处 理,以补偿和校正敏感元件特性不理想和影响量引 入的失真,进而恢复真实的被测量。 MEMS传感器主要用于控制系统。利用 MEMS技术工艺将MEMS传感器、MEMS执行器 和MEMS控制处理器都集中在一个芯片上,则所构 成的系统称为MEMS芯片控制系统。图15表示了 MEMS控制系统。微控制处理器的主要功能包括 A/D和D/A转换,数据处理和执行控制算法。微 执行器将电信号转换成非电量,使被控对象产生平 动、转动、声、光、热等动作。系统接口单元便于同高 层的管理处理器通信,以适合远程分布测控。 4.2应用实例 MEMS传感器具有体积小、质量轻、响应快、灵 敏度高、易批产、成本低、可测量各种物理量、化学量 和生物量等优势,在航天、航空、航海、兵器、机械、化 工等领域,尤其是汽车工业获得较广泛应用,且国外 已形成MEMS产业。删S器件目前已有MEMS压力传感器、加速 度计、陀螺、静电电机、磁力矩器、电池、多路转换开关 和矩阵开关等。本文简介压力传感器和加速度计。 1)压力传感器 MEMS压力传感器一般采用压阻力敏原理,即 被测压力作用于敏感元件引起电阻变化。利用恒流 源或惠斯顿电桥将电阻变化转化成电压。 这种传感器用单晶硅作基片,用^伍^假技术在 基片上生成力敏薄膜,然后在膜上扩散杂质形成4只 应变电阻,再将应变电阻连接成惠斯顿电桥电路,以 获得较高的压力灵敏度,其输出大多为o~5 V模拟 量。一枚晶片可同时制作多个力敏芯片,易于批量生 产。力敏芯片性能受温度影响,采用调理电路补偿。 2)加速度计 MEMS加速度传感器基于牛顿第二定律 f一,m。敏感元件通常由一个平行的悬臂梁构成, 梁的一端固定在边框架上,另一端固定一个小质量 物体块(约10/.tg)。无加速度a时,质量块不运动, 而当有垂直加速度时,质量块运动,对加速度口敏感 的力,导致悬臂梁活动端位移。敏感元件的结构主 要有悬臂梁式和梳齿状折叠梁式。前者结构简单, 采用各向异性体硅材料,用半导体平面工艺,各向异 性腐蚀和静电封装制作。后者可看作是悬臂梁的 并、串联组合,结构设计复杂,采用各向同性的多晶 硅材料,用表面牺牲层技术制作。
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