介觀壓阻型微壓力傳感器介紹

　　這樣即可組成差動(dòng)全橋電路，測(cè)出壓力P的變化。式中σri，σro分別為內(nèi)、外電阻上所受徑向力的平均值；(△R／R)i，(△R/R)分別為內(nèi)、外電阻的相對(duì)變化。

　　根據(jù)膜的結(jié)構(gòu)與應(yīng)力計(jì)算公式，推出被測(cè)壓力與應(yīng)變片測(cè)出的應(yīng)變關(guān)系：

　　式中：μ為硅材料的泊松比，μ=O.35；R,r，h分別為硅膜片的有效半徑，計(jì)算半徑，厚度；E為硅材料的模量，E=8．7Gpa；P為作用于平膜片上的壓力；ω為平膜片的撓度；

　　經(jīng)過分析，綜合考慮設(shè)計(jì)的要求，初步設(shè)定：h=20μm，R=200μm。其固有頻率可以按下式計(jì)算：

傳感器的性能分析與計(jì)算

　　使用介觀壓阻效應(yīng)原理代替壓阻原理來檢測(cè)壓力，將圓膜片上的的壓敏電阻換成GaAs／A1As／InGaAs DBRT結(jié)構(gòu)薄膜。用傳遞矩陣法計(jì)算該薄膜在沿生長(zhǎng)方向的應(yīng)力變化下的輸出響應(yīng)，通過整個(gè)結(jié)構(gòu)的隧穿電流密度可表示為：

　　式中：e為電子電荷的大小，m*為GoAs電子的有效質(zhì)量，kB為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，EF為費(fèi)米能級(jí)，E1為入射電子垂直(縱向)能量。

　　利用公式可計(jì)算出不同拉伸應(yīng)變下隧穿電流隨偏壓的變化，如圖4所示。圖中實(shí)線、虛線分別表示0和5％的拉伸應(yīng)變。計(jì)算偏壓分別為0．75 V和1.2 V時(shí)的壓阻系數(shù)為：

偏壓為1.2V時(shí)的壓阻系數(shù)為：

　　傳感器的輸出為：

　　設(shè)偏壓為0．75 V設(shè)偏壓為0．75 V，電橋的激勵(lì)電壓為2．5 V的情況下，該傳感器的靈敏度S為：

結(jié)語

　　該結(jié)構(gòu)的壓力微傳感器由于敏感元件與變換元件一體化，尺寸小，其固有頻率很高，可以測(cè)量頻率范圍很寬的脈動(dòng)壓力。在不同的偏壓下，該傳感器的靈敏度不同。說明靈敏度可調(diào)節(jié)。同樣結(jié)構(gòu)的微壓力傳感器，如果敏感元件是硅或銅鎳合金壓敏電阻，其靈敏度分別為0．38x104V／m和O．17×104V／m?？梢姴捎霉舱袼泶┒O管做為敏感元件的微壓力傳感器其靈敏度較之傳統(tǒng)的傳感器得到了很大的提高。