MEMS传感器

1.微机械压力传感器

微机械压力传感器是最早开发的微机械产品，也是微机械技术中最成熟、最早工业化的产品。从信号检测的角度来看，微机械压力传感器分为压阻式和电容式，基于体微机械加工技术和牺牲层技术。从敏感膜结构来看，有圆形、方形、矩形E形等多种结构。压力传感器的精度可达0.05%～0.01%性01%.1%/F.S,温度误差为0.0002%,耐压可达几百兆帕,过压保护范围可达传感器量程的20倍以上,并能进行大范围下的全温补偿。微机械压力传感器的主要发展方向如下。

(1)集成信号处理、校准、补偿、微控制器等敏感元件，开发智能压力传感器。 (2)进一步提高压力传感器的灵敏度，实现低量程微压传感器。 (3)提高工作温度，开发高低温压力传感器。 （4)开发谐振式压力传感器。

2.微加速度传感器

硅微加速度传感器是继微压力传感器之后进入市场的第二个微机械传感器。其主要类型为压阻式、电容式、力平衡式和谐振式。最吸引人的是力平衡加速度计，其典型产品是Kuehnel1994年等人报道AGXL50型。 我国在微加速度传感器的开发方面也做了大量的工作，如西安电子科技大学开发的压力阻力微加速度传感器和清华大学微电子开发的谐振微加速度传感器。后者采用电阻热激励和压力阻力桥检测。其敏感结构为高度对称的四角支撑质量块，在质量块和支撑框架之间制作了四个谐振梁进行信号检测。

3.微机械陀螺

陀螺仪通常测量角速。传统的陀螺仪利用高速旋转物体的角动量来测量角速度。陀螺仪精度高，但其结构复杂，使用寿命短，成本高，一般仅用于导航，难以应用于一般运动控制系统。事实上，如果不受成本限制，角速度传感器可以广泛应用于汽车牵引控制系统、相机稳定系统、医疗仪器、军事仪器、运动机械、计算机惯性鼠标、军事等领域。常见的微机械角速度传感器有双平衡环结构、悬臂梁结构、音叉结构、振动环结构等。但微机械陀螺的精度不到10°/h，离惯性导航系统所需的0.1°/h相差尚远。

4.微流量传感器 微流量传感器不仅外形尺寸小，而且测量级低，死区容量小，响应时间短，适用于微流体的精确测量和控制。目前，根据工作原理，国内外研究的微流量传感器可分为热传导和热飞行时间）和机械和谐振。清华大学精密仪器系设计的阀片微流量传感器通过阀片将流量转换为梁表面的弯曲应力，然后通过集成在阀片上的压敏桥检测流量信号。该传感器的芯片尺寸为3.5mm×3.5mm,在10ml～200ml/min在气体流量下，线性优于5%。

5、微气体传感器

根据制作材料的不同，微气敏传感器分为硅基气敏传感器和硅微气敏传感器。其中前者以硅为衬底，敏感层为非硅材料，是当前微气敏传感器的主流。微气体传感器可满足人们对气敏传感器集成化、智能化、多功能化等要求。例如许多气敏传感器的敏感性能和工作温度密切相关，因而要同时制作加热元件和温度探测元件，以监测和控制温度。MEMS技术很容易将气敏元件和温度探测元件制作在一起，保证气体传感器优良性能的发挥。

谐振式气敏传感器不需要对器件进行加热，且输出信号为频率量，是硅微气敏传感器发展的重要方向之一。北京大学微电子所提出的1种微结构气体传感器，由硅梁、激振元件、测振元件和气体敏感膜组成。硅梁被置于被测气体中后，表面的敏感膜吸附气体分子而使梁的质量增加，使梁的谐振频率减小。这样通过测量硅梁的谐振频率可得到气体的浓度值。对NO2气体浓度的检测实验表明，在0×10～1×10的范围内有较好的线性，浓度检测极限达到1×10，当工作频率是19kHz时，灵敏度是1.3Hz/10。德国的M.Maute等人在SiNx悬臂梁表面涂敷聚合物PDMS来检测己烷气体，得到－0.099Hz/10的灵敏度。

6、微机械温度传感器

微机械传感器与传统的传感器相比，具有体积小、重量轻的特点，其固有热容量仅为10J/K～10J/K，使其在温度测量方面具有传统温度传感器不可比拟的优势。我所开发了1种硅/二氧化硅双层微悬臂梁温度传感器。基于硅和二氧化硅两种材料热膨胀系数的差异，不同温度下梁的挠度不同，其形变可通过位于梁根部的压敏电桥来检测。其非线性误差为0.9%，迟滞误差为0.45%，重复性误差为1.63%，精度为1.9%。

7、其他微机械传感器

利用微机械加工技术还可以实现其他多种传感器，例如瑞士Chalmers大学的PeterE等人设计的谐振式流体密度传感器，浙江大学研制的力平衡微机械真空传感器，中科院合肥智能所研制的振梁式微机械力敏传感器等。