现代传感器技术基础与应用.ppt

Howe[1987]发展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第30页，共56页，星期日，2025年，2月5日y(x,t)满足其中是梁单位长度的质量第31页，共56页，星期日，2025年，2月5日第32页，共56页，星期日，2025年，2月5日(6)热对流式敏感原理向加热元件施加一定的热功率，加热元件周围形成温度场，流体流动使温度场发生变化，分别位于上下游的检测元件之间就会产生温差。被测流体的质流量与加热件上下游端的温度差?T之间的关系为：P:加热功率，J：热功当量cp：被测流体的定压比热第33页，共56页，星期日，2025年，2月5日传感器类型测量范围精度频响线性度信号处理电路结构工艺技术成熟性压阻式大中高较好简单电桥电路简单好电容式小高中较好高灵敏度的开关电容或电桥电路复杂差谐振式小高中较好宽频带闭环谐振回路复杂差压电式大低高较好电荷放大器简单好隧道式小高高较差高灵敏度电流检测电路复杂差热对流式大中低一般热敏电阻电桥简单差各种敏感原理特点比较第34页，共56页，星期日，2025年，2月5日各种敏感原理的优缺点优点缺点静电敏感材料简单需要较大的器件尺寸以得到足够大的电容较低的工作电流与工作电压信号读出电路复杂响应速度快对微粒与湿度敏感热敏感材料简单相对较大的功耗省去了可动部件相对静电敏感响应速度较慢压阻敏感高灵敏度需要硅掺杂工艺以获取高性能的压敏电阻材料简单（金属应变计）对环境温度变化敏感压电敏感电信号自产生能力，无需外加电源材料生长和制造工艺流程复杂，不能在高温条件下工作第35页，共56页，星期日，2025年，2月5日微传感器的实例(1)——力学微加速度传感器微陀螺仪微压力传感器微麦克风第36页，共56页，星期日，2025年，2月5日微加速度传感器主要用于测量物体运动过程中的加速度：过载、振动和冲击压阻式、电容式、压电式、隧道电流式微加速度计。第37页，共56页，星期日，2025年，2月5日压阻式挠度应力一阶固有频率阻尼比第38页，共56页，星期日，2025年，2月5日压敏电阻空隙玻璃盖板质量块导电胶引线微加速度计的剖面结构示意图第39页，共56页，星期日，2025年，2月5日单悬臂梁微加速度计双悬臂梁微加速度计压阻式微加速度计样品SEM照片第40页，共56页，星期日，2025年，2月5日第1页，共56页，星期日，2025年，2月5日微传感器的概念微传感器的分类基本敏感原理介绍微传感器的实例微传感器的应用本章主要内容第2页，共56页，星期日，2025年，2月5日微传感器的概念微传感器：基于MEMS工艺的，能把被测物理量转换为电信号输出的器件，通常由敏感元件和传输元件组成。MEMS微传感器原理框图第3页，共56页，星期日，2025年，2月5日微传感器是今天最广泛使用的MEMS器件，通常使用集成电路工业中发展起来的手段和技术来制造，比如微金属版印制技术、刻蚀技术等，也采用专门为微传感器制造开发的新技术。微传感器的概念第4页，共56页，星期日，2025年，2月5日微传感器的概念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。零轴稳定性重复性：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。第5页，共56页，星期日，2025年，2月5日微传感器的概念对于线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性的斜率，即。非线性传感器的灵敏度为一变量。一般希望传感器的灵敏度高，在满量程范围内是恒定的，即传感器的输出--输入特性为直线。灵敏度第6页，共56页，星期日，2025年，2月5日线性度传感器的线性度是指传感器输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出—输入特性是线性的，它具有以下优点：（1）可大大简化传感器的理论分析和设计计算；（2）为标定和数据处理带来很大方便，只要知道线性输出—输入特性上的两点就可以确定其余各点。微传感器的概念第7页，共56页，星期日，2