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看一看:看一看;压力传感器研究现状及发展趋势

发布时间:2021-11-19 13:46:45 阅读: 来源:薯类厂家

摘要:论述了压力传感器的研究历史、现状及发展趋势,为传感器的技术开发人员提供1些参考。关键词:压力传感器; 现状; 趋势传感器技术是现代丈量和自动化系统的重要技术之1,从宇宙开发到海底探秘,从生产的进程控制到现代文明生活,几近每项技术都离不开传感器,因此,许多国家对传感器技术的发展10分重视,如日本把传感器技术列为6大核心技术(计算机、通讯、激光、半导体、超导体和传感器) 之1。在各类传感器中压力传感用具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、本钱低、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、压强的丈量与控制非法强拆可以判刑吗。除此以外,还广泛利用于水利、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、电子称和自动报警装置等。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1类传感器。因此对从事现代丈量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟习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现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可以分为4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。尔后,半导体材料的这1特性得到较广泛利用。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导体材料时,其电阻将明显产生变化。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丈量。此阶段最小尺寸大约为1cm。(2) 技术发展阶段(1960 - 1970 年) :随着硅分散技术的发展,技术人员在硅的(001) 或(110) 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻分散在晶面上,然后在背面加工成凹形,构成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯[3 ] 。这类情势的硅杯传感用具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、本钱低、便于集成化的优点,实现了金属- 硅共晶体什么情况下拆迁按户口赔,为商业化发展提供了可能。(3) 商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年) :在硅杯分散理论的基础上利用了硅的各向异性的腐蚀技术,分散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为可以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、浓硼自动中断法、阳极氧化法自动中断法和微机控制自动中断法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,本钱进1步降落。(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可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器,其线度可以控制在微米级范围内。利用这1技术可以加工、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以下几个方向。2. 1 光纤压力传感器[5 ]这是1类研究成果较多的传感器,但投入实际领域的其实不是太多。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干的特性,由硅框和金铬薄膜组成的膜片结构中间夹了1个硅光纤挡板,在有压力的情况下,光线通过挡板的进程中会产生强度的改变,通过检测这个微小的改变量,我们就能够测得压力的大小。这类敏感元件已被利用与临床医学,用来测扩大冠状动脉导管气球内的压力。可预见这类压力传感器在显微外科方面1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[6 ]E + H公司的电容式压力传感器是由1块基片和厚度为0. 8~2. 8mm的氧化铝(Al2O3) 构成,其间用1个自熔焊接圆环钎焊在1起。该环具有隔离作用,不需要温度补偿,可以保持长时间丈量的可靠性和持久的精度。丈量方法采取电容原理,基片上1电容CP 位于位移最大的膜片的中央,而另外1参考电容CR 位于膜片的边沿,由于边沿很难产生位移房子拆迁了房贷怎么办,电容值不产生变化,CP 的变化则与施加的压力变化有关,膜片的位移和压力之间的关系是线性的拆迁办是政府单位吗。遇到过载时,膜片贴在基片上不会被破坏,无负载时会立刻返回原位无任何滞后,过载量可以到达100 %,即使是破坏也不会泄漏任何污染介质被拆迁户取得房屋如何缴纳契税。因此具有广泛的利用前景。2. 3 耐高温压力传感器新型半导体材料碳化硅(SiC) 的出现使得单晶体的高温传感器的制作成为可能。Rober. S. Okojie报导了1种运行实验达500 ℃的α(6H) SiC 压力传感器. 实验结果表明,在输入电压为5V ,被测压力为6. 9MPa 的条件下,23500 ℃时的满量程输出为44. 66~20. 03mV ,满量程线度为20. 17 % ,迟滞为0. 17 %。在500 ℃条件下运行10h ,性能基本不变,在100 ℃和500 ℃两点的应变温度系数( TCGF) , 分别为20. 19 %/ ℃和- 0. 11 %/ ℃。这类传感器的主要优点是PN 结泄漏电流很小,没有热匹配问题和升温不产生塑性变型,可以批量加工。Ziermann ,Rene 报导了使用单晶体n 型β- SiC 材料制成的压力传感器,这类压力传感器工作温度可达573K,耐辐射。在室温下,此压力传感器的灵敏度为20. 2muV/ VKPa。2. 4 硅微机械加工传感器在微机械加工技术逐渐完善的今天,硅微机械传感器在汽车工业中的利用越来越多。而随着微机械传感器的体积越来越小,线度可以到达1~2mm ,可以放置在人体的重要器官中进行数据的搜集。Hachol ,Andrzej ;dziuban ,Jan Bochenek 报导了1种可以用于丈量眼球的眼压计,其膜片直径为1mm。在内眼压为60mmHg 时,静态输出为40mV ,灵敏度系数比较高。2. 5 具有自测试功能的压力传感器为了降落调试与运行本钱,Dirk De Bruyker 等人报导了1种具有自测试功能的压阻、电容双元件传感器,它的自测试功能是根据热驱动原理进行的,该传感器尺寸为1. 2mm ×3mm ×0. 5mm ,适用于生物医学领域[7 ] 。2. 6 多维力传感器6维力传感器的研究和利用是多维力传感器研究的热门,现在国际上只有美、日等少数国家可以生产。在我国北京理工大学在跟踪国外发展的基础上,又首创性的研制出组合有压电层的柔软光学阵列触觉,阵列密度为2438tactels/ cm2 ,力灵敏1g ,结构柔性很好,能抓握和辨认鸡蛋和钢球,现已用于机器人分选物品[8 ] 。3 压力传感器的发展趋势当今世界各国压力传感器的研究领域10分广泛,几近渗透到了各行各业,但归纳起来主要有以下几个趋势:(1) 小型化目前市场对小型压力传感器的需求越来越大,这类小型传感器可以工作在极端卑鄙的环境下,并且只需要很少的保养和保护,对周围的环境影响也很小,可以放置在人体的各个重要器官中搜集资料,不影响人的正常生活。如美国Entran 公司生产的量程为2~500PSI 的传感器,直径仅为1. 27mm ,可以放置在人体的血管中而不会对血液的流通产生大的影响。(2) 集成化压力传感器已越来越多的与其它丈量用传感器集成以构成丈量和控制系统。集成系统在进程控制和工厂自动化中可提高操作速度和效率。(3) 智能化由于集成化的出现,在集成电路中可添加1些微处理器,使得传感用具有自动补偿、通讯、自诊断、逻辑判断等功能。(4) 广泛化压力传感器的另外1个发展趋势是正从机械行业向其它领域扩大,例如:汽车元件、医疗仪器和能源环境控制系统。(5) 标准化传感器的设计与制造已构成了1定的行业标准。如ISO 国际质量体系;美国的ANSI、ASTM标准、俄罗斯的ГOCT、日本的J IS 标准。4 结束语随着硅、微机械加工技术、超大集成电路技术和材料制备与特性研究工作的进展,使得压力传感器在光纤传感器的批量生产、高温硅压阻及压电结传感器的利用成为可能,在生物医学、微型机械等领域,压力传感器有着广泛的利用前景。参考文献:[1 ] S. M. Sze. Semiconductor sensor , 1994 chapter IvppIV.[2 ] C. S. Smith , piezoresistive effect in germanium and silicon phys.[3 ] 冯景星. 静电封接与硅杯腐蚀的新技术[J ] . 福州大学学报, 1994.[4 ] Desnical UV. SanticB. Trap - induced photoconductivity in semi - insulating gallium arsenide. 1989.[5 ] 白韶红. 光纤压力传感器得发展[J ] . 工业仪表与自动化, 1990.[6 ] Yuelin Wang et al , The structures for electrostatic servro capacitive vacuum sensor ,sensors and actuators A 1998.[7 ] Dirk De Bruyker et al , A combined piezoresitive pressure sensor and function based on thermal actuation sensors A ,1998.[8 ] 张维新土地征收中苗木䃼偿的办法,等. 半导体传感器[M] . 天津:天津大学出版社,1990.作者介绍: 张鑫,男, 1981 年诞生,山东农业大学2002级硕士研究生,研究方向:智能节水农业控制。(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章