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188宝金博页面版: 电容压力微传感器数值分析

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内容提示: 74 中国科学 E 辑 工程科学 材料科学 2005, 35(1): 74~84 SCIENCE IN CHINA Ser. E Engineering & Materials Science 电容压力微传感器数值分析* 王小民 李明轩 汪承灏 (中国科学院声学研究所, 北京 100080) 摘要 用伪谱算法对电容压力微传感器极板膜在均匀载荷条件下的弯曲行为作了数值模拟, 叙述了伪谱算法原理, 并将其用于微传感器的载荷与电容关系分析. 对于非接触式电容压力微传感器, 只有在小载荷(引起的最大垂向位移甚小于极板膜厚度)的条件下, 才可以忽略作用于极板膜的中平面的张力, 此时, 微传感器的电容与载荷...

文档格式:PDF | 页数:11 | 浏览次数:22 | 上传日期:2014-01-15 23:01:02 | 文档星级:
74 中国科学 E 辑 工程科学 材料科学 2005, 35(1): 74~84 SCIENCE IN CHINA Ser. E Engineering & Materials Science 电容压力微传感器数值分析* 王小民 李明轩 汪承灏 (中国科学院声学研究所, 北京 100080) 摘要 用伪谱算法对电容压力微传感器极板膜在均匀载荷条件下的弯曲行为作了数值模拟, 叙述了伪谱算法原理, 并将其用于微传感器的载荷与电容关系分析. 对于非接触式电容压力微传感器, 只有在小载荷(引起的最大垂向位移甚小于极板膜厚度)的条件下, 才可以忽略作用于极板膜的中平面的张力, 此时, 微传感器的电容与载荷之间呈线性关系. 当进一步增加载荷时, 两者的关系呈非线性, 电容随载荷的增大迅速增加. 对于接触式电容压力微传感器, 给出了接触半径的计算公式, 数值计算了载荷与电容关系曲线, 为压力微传感器分析和设计提供了理论依据. 关键词 伪谱算法 电容压力微传感器 载荷与电容关系 作为一种微机电系统(MEMS)器件, 电容压力微传感器具有灵敏度高、 结构稳定、 受外部环境影响小, 以及无温度飘移等优点, 在工业上有良好应用前景. 电容压力微传感器的基本结构为双层平行板电容器: 上极板为几个微米厚的薄膜, 其材料可为硅质、 聚合物、 氮化硅、 金属或陶瓷薄膜, 下极板以硅质、 玻璃或其他绝缘性材料为衬底, 下极板表面上附有一层厚度为零点几个微米的绝缘层. 当上极板膜承受的载荷不同时, 它的弯曲程度不同, 电容大小就会不同, 测量电容大小的变化便可测量微传感器所受载荷大小的变化. 电容与载荷之间的关系主要取决于上极板膜的弯曲程度, 因此, 研究极板膜的弯曲形变对电容压力微传感器的设计极为重要. 电容压力微传感器的工作方式有非接触式和接触式两种(见图 1): 非接触式工作原理是微传感器随着载荷变化引起上极板膜弯曲度变化, 使微电容器两极板之间距离发生变化, 进而导致电容发生变化, 但动态范围受到一定限制; 接触式是指微传感器工作在载荷很大时, 上极板膜受压后的弯曲度达到使之与绝缘 2003-11-16 收稿, 2004-12-09 收修改稿 * 国家自 然科学基金重大研究计划重点项目 (批准号: 90207003)

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