嵌入可動(dòng)電極的微慣性傳感器的設(shè)計(jì)

MEMS電容式微慣性傳感器因其具有尺寸小、靈敏度高、穩(wěn)定性好、溫度漂移小、功耗低、很好的工作在力平衡模式下等等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、消費(fèi)電子、慣性導(dǎo)航等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 本首先分析了電容式微慣性傳感器的測量控制原理和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，并在此基礎(chǔ)上通過三個(gè)方面設(shè)計(jì)出新型嵌入橫向可動(dòng)電極的微慣性傳感器，分別是：支撐梁結(jié)構(gòu)、微執(zhí)行器結(jié)構(gòu)和檢測電容結(jié)構(gòu)。當(dāng)該傳感器的檢測概率較低時(shí),極易造成整個(gè)多傳感器系統(tǒng)發(fā)生漏檢。通過分別對(duì)以上三方面不同結(jié)構(gòu)模型的分析對(duì)比，在傳感器設(shè)計(jì)中選用U形梁結(jié)構(gòu)作為傳感器的支撐梁，電磁執(zhí)行器作為驅(qū)動(dòng)力，梳柵結(jié)構(gòu)作為檢測電容結(jié)構(gòu)。

其中為了克服深反應(yīng)離子刻蝕關(guān)于深寬比不能做大的限制和降低噪聲，詳細(xì)介紹了電磁驅(qū)動(dòng)增大傳感器初始檢測電容的工作原理，通過嵌入可動(dòng)電極和電磁驅(qū)動(dòng)作用減小電容間隙，結(jié)果表明，電磁驅(qū)動(dòng)使得傳感器的電容間隙減小4μm，初始檢測電容由1.28pf增大到6.4pf。 根據(jù)以上理論分析和參數(shù)設(shè)計(jì)，給出了新型電容式微慣性傳感器的整體結(jié)構(gòu)模型，并利用有限元軟件Ansys進(jìn)行。結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的傳感器在非敏感方向上梁的剛度較大，軸向交叉效應(yīng)得到了有效抑制；傳感器的靜態(tài)位移靈敏度為0.659μm/g，施加電磁驅(qū)動(dòng)前后的電容靈敏度分別為0.15pf/g和0.192pf/g，增大為原來的1.28倍；同時(shí)應(yīng)力分析結(jié)果表明，傳感器能夠抵擋1000g的加速度信號(hào)的沖擊而不被損壞。之后利用電磁分析軟件ANSOFT-Maxwell分析了邊緣效應(yīng)對(duì)傳感器性能的影響，表明小尺寸的傳感器電容的邊緣效應(yīng)不可忽略。當(dāng)一邊測量RTD的電阻一邊改變它的溫度時(shí)，響應(yīng)幾乎是線性的，表現(xiàn)得像一個(gè)電阻器。

汽車一般有幾種傳感器？

在種類繁多的傳感器中，常見的有∶

1、進(jìn)氣壓力傳感器：反映進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力大小的變化，是向ECU（發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元）提供計(jì)算噴油持續(xù)時(shí)間的基準(zhǔn)信號(hào)。

2、空氣流量計(jì)：測量發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣量，提供給ECU作為噴油時(shí)間的基準(zhǔn)信號(hào)。

3、節(jié)氣門位置傳感器：測量節(jié)氣門打開的角度，提供給ECU作為斷油、控制燃油/空氣比、點(diǎn)火提前角修正的基準(zhǔn)信號(hào)。

4、曲軸位置傳感器：檢測曲軸及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，提供給ECU作為確定點(diǎn)火正時(shí)及工作順序的基準(zhǔn)信號(hào)。

5、氧傳感器：檢測排氣中的氧濃度，提供給ECU作為控制燃油/空氣比在（理論值）附近的的基準(zhǔn)信號(hào)。

汽車傳感器過去單純用于發(fā)動(dòng)機(jī)上，已擴(kuò)展到底盤、車身和燈光電氣系統(tǒng)上了。這些系統(tǒng)采用的傳感器有100多種。

擴(kuò)展資料

傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路三部分組成。

1、敏感元件是指能直接感受（或響應(yīng)）被測量的部分，即將被測量通過傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系的非電量或其它量。

2、轉(zhuǎn)換元件則將上述非電量轉(zhuǎn)換成電參量。

3、測量電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸入的電參量經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率等可測電量，以便進(jìn)行顯示、記錄、控制和處理的部分。

生物傳感器

生物傳感器是利用生物或生物物質(zhì)做成的、用以檢測與識(shí)別生物體內(nèi)的化學(xué)成分的傳感器。生物或生物物質(zhì)是指酶、微生物、等，被側(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)人生物敏感膜，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)(物理、化學(xué)反應(yīng))，通過變換器將其轉(zhuǎn)換成可定量、可傳輸、處理的電信號(hào).按照所用生物活性物質(zhì)的不同，生物傳感器包括酶傳感器、微生物傳感器、傳感器、生物組織傳感器等。另外，請(qǐng)謹(jǐn)記:線繞式鉑RTD或薄膜RTD的成本可能相當(dāng)高，尤其當(dāng)與IC傳感器的成本進(jìn)行比較時(shí)。

酶傳感器具有靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已實(shí)用化的商品達(dá)200種以上，但由于酶的提煉工序復(fù)雜，因而造價(jià)高，也不太穩(wěn)定。微生物傳感器與酶傳感器相比，價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，它的缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間較長(數(shù)分鐘)，選擇性差，目前微生物傳感器已成功應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)學(xué)中，如測定水污染程度、診斷和搪尿病等。傳感器的基本原理是反應(yīng)，目前已研制成功的傳感器達(dá)兒十種以上。生物組織傳感器制作簡便，工作壽命長，在許多情況下可取代酶傳感器，但在實(shí)用化中還存在選擇性差、動(dòng)植物材料不易保存等問題。針對(duì)這兩款傳感器進(jìn)行了地下位移測量方法及相關(guān)理論的深入研究工作。目前生物傳感器的開發(fā)與應(yīng)用正向著多功能化、集成化的方向發(fā)展。半導(dǎo)體生物傳感器是將半導(dǎo)體技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，為生物傳感器的多功能化、小型化、微型化提供了重要的途徑。