薄膜压力传感器简介

薄膜压力传感器简介

歪歪小白

*本案由小伙伴蔡奕宜 徐瑞整理提供。

原理

薄膜压力传感器是利用现代薄膜制备技术，在金属弹性基体上沉积薄膜应变电阻，因其具有精度高、蠕变性好、抗干扰力强等性能，目前已被广泛的运用在航空航天、机械制造、土木采矿等相关领域的压力测量。薄膜压力传感器厚度低至几百纳米到几十微米，可直接在被测零件表面制膜而不影响设备内部环境，制作简单，有利于实现结构/感知一体化制造。由于具备这些优点，薄膜压力传感器得到越来越多国家的关注。

种类

1)合金薄膜压力传感器

合金薄膜制作的压力传感器虽然应变灵敏系数较低，但具有精度高、抗干扰能力强、温度特性较好且应用温度范围较宽等优点得到了广泛的运用。

薄膜压力传感器的主要组成部分：基体、转换元件以及信号调理电路等。

合金薄膜压力传感器一般采用溅射、蒸镀等方法把合金沉积在弹性基体上。

薄膜电阻层通过感受弹性元件的应变而产生相应电阻变化，通过信号调理电路输出相应的电压信号，从而完成非电量到电量的转换。

2)半导体材料薄膜压力传感器

半导体薄膜压力传感器应变灵敏系数较高，一般情况下比金属薄膜的应变系数高出一个数量级，适合批量生产且成本低廉，其缺点是温度特性较差。

半导体材料薄膜压力传感器采用单晶硅为基体，压力腔弹性膜由单晶硅通过各向异性腐蚀而得到，沉积SiO2作为绝缘层，化学气相沉积等方法外延生长压敏电阻薄膜。

具体结构如图3所示。薄膜压阻层通过感受外部压力引起压阻材料载流子密度的变化，从而导致薄膜电阻的变化，其后的信号调理和电量转化与合金薄膜压力传感器类似。

测量维度

1）一维单点压力传感器

一维单点压力传感器只能感受坐标轴Z方向的力。

图4 单点压力传感器

2）二维单点压力传感器

二维单点压力传感器，能感受在X轴方向上的位置和Z轴方向上的力，很容易感受线性方向的带有力的大小的滑动。

图5 二维单点压力传感器

3）三维单点压力传感器

三维单点压力传感器，能感受在X轴和Y轴方向的位置和Z轴方向的力。类似于带压力的单点触摸屏。

图6 三维单点压力传感器

4）三维多点压力传感器

能感受多点在X轴和Y轴方向的位置和Z轴方向的力。类似于带压力的多点触摸屏。

薄膜压力传感器的应用

1、适合各种复杂表面

2、柔性材料，可以弯曲、可以折叠

3、传感器形状、尺寸、精度可以调节

4、传感器可以检测位置信息、压力分布信息、压力大小信息

发布于 2 年前著作权归作者所有

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