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MEMS薄膜传感器和换能器技术有什么作用?

发布时间:2021-07-23 17:17:43点击量:

  在一些应用中,压力传感器部署在非常恶劣的环境中。例如,飞机系统非常复杂,需要在恶劣的环境条件下工作。根据传感器在飞机上的使用位置,温度可能从极低到异常高不等。由于这些极端条件,在航空航天应用中使用的传感器或换能器应该理想地能够承受恶劣的操作条件。

MEMS薄膜传感器和换能器技术有什么作用?(图1)

  这就是薄膜技术发挥作用的地方。使用薄膜技术的传感器比市场上的其他传感器更强、更轻、更简单,也更便宜、更可靠。让我们看看为什么和如何。


  压力传感器技术的类型


  首先,从压力传感器的一些背景信息开始。术语转换器用于描述将物理量的变化转换成比例电信号的任何设备。压力传感器通常采用压阻应变计技术,通常在惠斯通电桥中,它感测压力变化并将其转换成电输出。用于飞机压力传感器的应变计技术大致可分为两类:微机电系统(MEMS)和薄膜。最常用的技术是MEMS压力传感器)。


  MEMS传感器系统的工作原理


  在MEMS传感器技术中,介质的压力是通过硅或绝缘体上硅的传感元件来测量的,这种传感元件具有压阻应变电桥,在MEMS元件和不锈钢之间有传输介质,通常是硅油-钢膜片。施加在隔膜上的压力通过油传递到微机电系统元件。压力的变化会导致MEMS压阻式应变仪电输出的变化。该电输出为我们提供了系统中压力变化的指示。


  MEMS传感器技术有哪些缺点?


  MEMS系统压力传感器确实有一些缺点。首先,MEMS器件非常复杂,其设计和制造工艺也相当复杂。这种复杂性是这些设备成本高的原因之一。

MEMS薄膜传感器和换能器技术有什么作用?(图2)

  其次,MEMS系统的换能器精度和可靠性很大程度上取决于绝缘膜片的复杂制造和设计。最重要的是,当在非常高或非常低的温度下使用时,设备中的硅油会发生热膨胀或收缩。显示了在-40°f以下的温度下测试MEMS传感器时发生的情况。这是一个主要问题,因为热膨胀和收缩会损坏不锈钢隔膜,因此需要更换换能器。


  更好的选择:薄膜传感器和换能器


  薄膜传感器比MEMS换能器更坚固且更简单。它们的简单结构使它们更容易以更低的成本制造,即使在极端温度(低于-40 o F和高达392 o F)的恶劣操作条件下,它们也能提供令人难以置信的精度和可靠性。


  在薄膜传感器技术中,压阻式应变计电桥直接沉积在电池的不锈钢隔膜上,该隔膜与被测介质直接接触。采用这种技术,介质和测量压力的传感桥之间没有传输介质。这消除了MEMS器件中可能发生的破坏性膨胀或收缩。


  简而言之,薄膜换能器可以在其他换能器失效的地方工作。它们可以轻松承受动态压力和极端温度,同时提供最准确和可靠的读数。薄膜传感器特别适用于恶劣的操作条件,例如航空航天应用中的压力测量。

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