硅微机械谐振压力传感器技术发展.pdf

第49卷第20期
机械工程学报
Vol49 No 20
2013年10月
JOURNAL OF MECHANCAL ENGINEERING
2013
DOI:10.3901/JMIE.2013,20.002
硅微机械谐振压力传感器技术发展
苑伟政2任森,2邓进军,2乔大勇
(1.西北工业大学空天徽纳系统教育部重点实验室西安710072;
2.西北工业大学陕西省微/纳米系统重点实验室西安710072)
摘要:硅微机械谐振压力传感器是目前精度最高、长期稳定性最好的压力传感器之一,是航空航天、工业过程控制和其他精
密测量领域压力测试的最佳选择。系统阐述30年来国内外硅微机械谐振压力传感器技术的研究成果,简单介绍硅微机械谐
振压力传感器的分类及工作原理,针对压力敏感膜片与诸振器复合结构和振动膜结构两种主要的芯体结构形式,详细论述硅
微机械诺振压力传感器的研究历史、主要研究机构、国内外发展现状以及最新的研究成果,重点根据不同激励与检测方式对
各种硅微机械谐振压力传感器的芯体结构进行深入分析比较。在此基础上,总结归纳不同芯体结构及其激励与检测方式的特
点,并对硅微机械谐振压力传感器的未来发展趋势进行展望。
关键词:微机械诸振压力传感器谐振器激励检测
中图分类号:TP212
A Review of Silicon Micromachined Resonant Pressure Sensor
YUAN Weizheng,2 REN Sen,2 DENG Jinjun, 2 QIAO Dayong. 2
(I Key Laboratory of Micro/Nano Systems for Aerospace of Ministry of Education,
Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072
2. Shaanxi Province Key Laboratory of Micro and Nano Electro-mechanical Systems
Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072)
Abstract: Silicon micromachined resonant pressure sensor is the optimum selection of pressure monitoring in aerospace, industrial
process controlling and other precision measurement fields, for its high accuracy and extremely long-term stability. A review on 30
years of range silicon micromachined resonant pressure sensor development is presented, especially on the structures of various
sensor chips using different excitation and detection mechanisms. Meanwhile, the classification and operating principle of silicon
micromachined resonant pressure sensor are introduced, and the research history, the major research institutions, the study status and
the latest research achievements are described in detail, based on two main types of sensor chip structures: Composite structure of
diaphragm and resonator, and vibrating diaphragm structure. Then comparisons are made in sensor chip structures, excitation
mechanisms and detection mechanisms. Prospects for the foreseeable future of silicon micromachined resonant pressure sensor is
proposed.
Key words: Micromachining Resonance Pressure sensor Resonator Excitation Detection
测物体的固有频率间接测量压力,为准数字信号输
前言
出,适用于远距离传输,信号采集和处理方便。由
于工作于机槭谐振状态,因此其精度主要受传感器
基于微机电系统( Micro- -electro- mechanical机械特性的影响,信噪比高、抗干扰能力强,其精
systems,MEMS)技术的硅微机械诸振压力传感器是度和长期稳定性一般优于硅压阻压力传感器和电容
目前精度最高、长期稳定性最好的压力传感器之
压力传感器一个数量级。与振动筒压力传感器和
非常适合对精度和长期稳定性要求严格的航空航石英谐振压力传感器相比,硅微机械诸振压力传感
天、工业过程控制和其他精密测量场合。它通过检器还具有体积小、重量轻、功耗低、结构紧凑、温
度响应快、抗冲击、易于集成化和利于批量生产等
20130527收到初稿,20130815收到修改稿