1、壓力傳感器文獻綜述摘要：傳感器技術是綜合多種學科的復合型技術，是一門正在蓬勃發展的現代化傳感器技術。本文通過部分文獻資料對壓力傳感器的發展過程、研究現狀和發展趨勢做一簡要介紹。關鍵詞：壓力；傳感器；1壓力傳感器的發展歷程現代壓力傳感器以半導體傳感器的發明為標志，而半導體傳感器的發展可以分為四個階段（1）發明階段（1945-1960年）：這個階段主要是以1947年雙極性晶體管的發明為標志。此后，半導體材料的這一特性得到較廣泛應用。史密斯與1945發現了硅與錯的壓阻效應，即當有外力作用于半導體材料時，其電阻將明顯發生變化。依據此原理制成的壓力傳感器是把應變電阻片粘在金屬薄膜上,即將力信號轉化為電信

2、號進行測量。此階段最小尺寸大約為1cs（2）技術發展階段（1960-1970年）：隨著硅擴散技術的發展，技術人員在硅的（001）或（110）晶面選擇合適的晶向直接把應變電阻擴散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形成較薄的硅彈性膜片，稱為硅杯。這種形式的硅杯傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩定性好、成本低、便于集成化的優點，實現了金屬-硅共晶體，為商業化發展提供了可能。（3）商業化集成加工階段（1970-1980年）：在硅杯擴散理論的基礎上應用了硅的各向異性的腐蝕技術，擴散硅傳感器具加工工藝以硅的各項異性腐蝕技術為主，發展成為可以自動控制硅膜厚度的硅各向異性加工技術，主要有V形槽法、濃硼自動中

3、止法、陽極氧化法自動中止法和微機控制自動中止法。由于可以在多個表面同時進行腐蝕，數千個硅壓力膜可以同時生產，實現了集成化的工廠加工模式，成本進一步降低。（4）微機械加工階段（1980年-今）：上世紀末出現的納米技術，使得微機械加工工藝成為可能。通過微機械加工工藝可以由計算機控制加工出結構型的壓力傳感器，其線度可以控制在微米級范圍內。利用這一技術可以加工、蝕刻微米級的溝、條、膜，使得壓力傳感器進入了微米階段。2壓力傳感器國內外研究現狀傳感器是新技術革命和信息社會的重要技術基礎，是現代科技的開路先鋒。美、日、英、法、德和獨聯體等國都把傳感器技術列為國家重點開發關鍵技術之一。美國長期安全和經濟繁榮至

4、關重要的22項技術中就有6項與傳感器信息處理技術直接相關。關于保護美國武器系統質量優勢至關重要的關鍵技術，其中8項為無源傳感器。正是由于世界各國普遍重視和投入開發，傳感器發展十分迅速。目前，我國傳感器行業規模較小，應用范圍較窄。為此，我們亟須轉變觀念，將傳感器的研發由單一型傳感器的研發，轉化為高度集成的新型傳感器研發。新型傳感器的開發和應用已成為現代系統的核心和關鍵，它將成為21世紀信息產業新的經濟增長點。改革開放30年來，我國傳感器技術及其產業取得了長足進步，主要表現在：建立了傳感技術國家重點實驗室、微米/納米國家重點實驗室、國家傳感技術工程中心等研究開發基地；MEMSMOEMS研究項目列入

5、了國家高新技術發展重點；在“九五”國家重科技攻關項目中，傳感器技術研究取得了51個品種86個規格新產品的成績，初步建立了敏感元件與傳感器產業；2007年傳感器業總產量達到20.93億只，品種規格已有近6000種，并已在國民經濟各部門和國防建設中得到一定的應用。壓力傳感器的發展動向主要有以下幾個方向：光纖壓力傳感器這是一類研究成果較多的傳感器，但投入實際領域的并不是太多。光纖傳感器基本原理是將光源發出的光經光纖送入調制區，在調制區內，外界被測參數與進入調制區的光相互作用，使光的強度、頻率、相位、偏振等發生變化成為被調制的信號光，再經光纖送入光探測器、解調器而獲得被測物理量。這種敏感元件已被應用與

6、臨床醫學，用來測醫學的壓力、流速、pHfi等。可預見這種壓力傳感器在顯微外科方面一定會有良好的發展前景。同時,在加工與健康保健方面，光纖傳感器也在快速發展。新型接觸式電容壓力傳感器與其他類型壓敏器件相比，接觸式電容壓力傳感器（TMCPS打著明顯的優點，例如較好的線性，高靈敏度和大過載保護能力等。為了達到更好的性能，設計了一種新型的接觸式電容壓力傳感器（DTMCPS）這種新型的結構是在傳統的TMCPS底部電極上刻蝕了一個淺槽。與現有的接觸式電容壓力傳感器相比，這種結構可以實現更好的線性和更大的線性范圍。為了進一步提高接觸式電容壓力傳感器的性能，呂浩杰等人設計了一種高性能雙凹槽結構的接觸式電容壓力

7、傳感器，并對該傳感器在高溫環境中的總體性能進行了分析。推導了熱傳導和熱彈性理論，并對影響傳感器熱分析的各個因素與溫度的依賴關系進行了描述；在整個分析過程中,使用ANSY軟件并結合有限元方法對全尺寸傳感器的熱效應進行模擬。耐高溫壓力傳感器主要是以新型半導體材料（SiC）為膜片的壓阻式力傳感器為代表。Ziermann,Rene和VonBerg,Jochen等人首先于1997年報導了使用單晶n型B2SiC材料制成的壓力傳感器，這種壓力傳感器工作溫度可達573K,耐輻射。Rober.S.Okojie報導了一種運行試驗達500c的a（6H）SiC壓力傳感器.實驗結果表明，在輸入電壓為5V,被測壓力為6.

8、9MPa的條件下,23500C時的滿量程輸出為44.6620.03mV,滿量程線度為20.17%,遲滯為0.17%。在500C條件下運行10h,性能基本不變，在100C和500C兩點的應變溫度系數（TCGF）,分別為20.19%/C和-0.11%/C。這種傳感器的主要優點是PN結泄漏電流很小,沒有熱匹配問題以及升溫不產生塑性變型，可以批量加工。4硅微機械加工傳感器在微機械加工技術逐漸完善的今天,硅微機械傳感器在汽車工業中的應用越來越多。而隨著微機械傳感器的體積越來越小，線度可以達到12mm，可以放置在人體的重要器官中進行數據的采集。止匕外，由于傳統的流體傳感器由于存在著靈敏度低、體積大、成本高

9、等缺點，而且微流體與宏觀流體流動特性不同，所以其在微流體的流體特性測量中存在很大的局限性.隨著MEMS術的發展，硅微機械流體傳感器的出現克服了傳統流體傳感器的缺點.硅微機械流體傳感器已成為MEM的研究熱點之一.3壓力傳感器的發展趨勢當今世界各國壓力傳感器的研究領域十分廣泛，幾乎滲透到了各個行業，歸納起來主要有以下幾個趨勢：小型化：小型化會帶來很多好處，重量輕、體積小、分辨率高，便于安裝在很小的地方；對周圍器件影響小，也利于微型儀器、儀表的配套使用。集成化：壓力傳感器已經越來越多的與其它測量用傳感器集成以形成測量和控制系統，集成系統在過程控制和工廠自動化中可以提高操作速度和效率。智能化：由于集成

10、化的出現，在集成電路中可添加一些微處理器，使得傳感器具有自動補償、通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。系統化：單一化產品在市場上沒有大的競爭力。市場風云突變，一旦失去市場，發展則停滯不前，經濟效益差，資金浪費大，產品成本高。標準化：傳感器的設計與制造已經形成了一定的行業標準。如IEC、ISO國際標準，美國的ANSIGANSCMIL-T和ASTME準，日本JIS標準，法國DIN標準。4結束語壓力傳感器技術已經發展到比較高的水平，并且更新換代的速度很快。隨著我們對壓力傳感器材料、工藝等研究的不斷深入，隨著微電子技術和計算機技術的不斷發展，相信壓力傳感器在精確度、智能化等各個方面都將得到進一步的完善和提高，壓力傳感器在生物醫學、微型機械等領域也必將有著更為廣泛的應用前景。參考文獻1呂浩杰；胡國清；鄒衛；吳燦云；陳羽鋒；高性能MEM電容壓力傳感器的設計及其熱分析光學精密工程；2010-052孫素梅；陳洪耀；尹國盛光纖傳感器的基本原理及在醫學上的應用中國醫學物理學雜志2008-093張書玉，張維連，張生才等.高溫壓力傳感器的研究現狀.傳感技術學報,2006,19(4)4郭強；呂浩杰；胡國清新型接觸式電容壓力傳感器儀表技術與傳感器；2008-035張樹生；韓克江；成健基于MEMS術的硅微機械流體傳感器的原理及應用儀表技術與傳感器2007,(3)SABATEN；SANTANDERJMul