压力传感器的研究现状及发展趋势.docx
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1、压力传感器的研究现状及发展趋势caijuan导语:传感器技术是当代测量和自动化系统的重要技术之一。传感器技术是当代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的经过控制到当代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器,因而,很多国家对传感器技术的发展特别重视,如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器)之一。在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点,可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外,还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工
2、艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。因而对于从事当代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟识国内外压力传感器的研究现状和发展趋势。1压力传感器的发展历程当代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展能够分为四个阶段1: (1)发明阶段(1945-1960年):这个阶段主要是以1947年双极性晶体管的发明为标志。此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S.Smith)与1945发现了硅与锗的压阻效应2,即当有外力作用于半
3、导体材料时,其电阻将明显发生变化。根据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。 (2)技术发展阶段(1960-1970年):随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001)或(110)晶面选择适宜的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在反面加工成凹形,构成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯3。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属-硅共晶体,为商业化发展提供了可能。 (3)商业化集成加工阶段(1970-1980年):在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术,扩散硅传
4、感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为能够自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术4,主要有V形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于能够在多个外表同时进行腐蚀,数千个硅压力膜能够同时生产,实现了集成化的工厂加工形式,成本进一步降低。 (4)微机械加工阶段(1980年-今):上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺成为可能。通过微机械加工工艺能够由计算机控制加工出构造型的压力传感器,其线度能够控制在微米级范围内。利用这一技术能够加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。2压力传感器国内外研究现状从世界范围看压力传感器的发展动向主要有下面
5、几个方向。2.1光纤压力传感器5这是一类研究成果较多的传感器,但投入实际领域的并不是过多。它的工作原理是利用敏感元件受压力作用时的形变与反射光强度相关的特性,由硅框和金铬薄膜组成的膜片构造中间夹了一个硅光纤挡板,在有压力的情况下,光线通过挡板的经过中会发生强度的改变,通过检测这个微小的改变量,我们就能测得压力的大小。这种敏感元件已被应用与临床医学,用来测扩张冠状动脉导管气球内的压力。可预见这种压力传感器在显微外科方面一定会有良好的发展前景。同时,在加工与健康保健方面,光纤传感器也在快速发展。2.2电容式真空压力传感器6E+H公司的电容式压力传感器是由一块基片和厚度为0.82.8mm的氧化铝(A
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- 关 键 词:
- 压力传感器 研究 现状 发展趋势
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