mems電容傳感器：MEMS傳感器
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MEMS傳感器
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本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫(xiě)與應(yīng)用工作項(xiàng)目
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。
MEMS傳感器即微機(jī)電系統(tǒng)（Microelectro Mechanical Systems），是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一。它涉及電子、機(jī)械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。截止到2010年，全世界有大約600余家單位從事MEMS的研制和生產(chǎn)工作，已研制出包括微型壓力傳感器、加速度傳感器、微噴墨打印頭、數(shù)字微鏡顯示器在內(nèi)的幾百種產(chǎn)品，其中MEMS傳感器占相當(dāng)大的比例。MEMS傳感器是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。同時(shí)，在微米量級(jí)的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。
中文名
MEMS傳感器
外文名
MEMS SENSOR
含 義
微機(jī)電系統(tǒng)
涉 及
電子、機(jī)械、材料、物理學(xué)
目錄
1
應(yīng)用
2
研究現(xiàn)狀
3
分類(lèi)
4
總結(jié)
MEMS傳感器應(yīng)用
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語(yǔ)音
1.應(yīng)用于醫(yī)療MEMS傳感器應(yīng)用于無(wú)創(chuàng)胎心檢測(cè)，檢測(cè)胎兒心率是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，由于胎兒心率很快，在每分鐘l20～160次之間，用傳統(tǒng)的聽(tīng)診器甚至只有放大作用的超聲多普勒儀，用人工計(jì)數(shù)很難測(cè)量準(zhǔn)確。而具有數(shù)字顯示功能的超聲多普勒胎心監(jiān)護(hù)儀，價(jià)格昂貴，僅為少數(shù)大醫(yī)院使用，在中、小型醫(yī)院及廣大的農(nóng)村地區(qū)無(wú)法普及。此外，超聲振動(dòng)波作用于胎兒，會(huì)對(duì)胎兒產(chǎn)生很大的不利作用。盡管檢測(cè)劑量很低，也屬于有損探測(cè)范疇，不適于經(jīng)常性、重復(fù)性的檢查及家庭使用。基于VTI公司的MEMS加速度傳感器，提出一種無(wú)創(chuàng)胎心檢測(cè)方法，研制出一種簡(jiǎn)單易學(xué)、直觀準(zhǔn)確的介于胎心聽(tīng)診器和多普勒胎兒監(jiān)護(hù)儀之間的臨床診斷和孕婦自檢的醫(yī)療輔助儀器。通過(guò)加速度傳感器將胎兒心率轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，經(jīng)前置放大用的儀器放大器實(shí)現(xiàn)差值放大。然后進(jìn)行濾波等一系列中間信號(hào)處理，用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。通過(guò)光隔離器件輸入到單片機(jī)進(jìn)行分析處理，最后輸出處理結(jié)果。基于MEMS加速度傳感器設(shè)計(jì)的胎兒心率檢測(cè)儀在適當(dāng)改進(jìn)后能夠以此為終端，做一個(gè)遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。醫(yī)院端的中央信號(hào)采集分析監(jiān)護(hù)主機(jī)給出自動(dòng)分析結(jié)果，醫(yī)生對(duì)該結(jié)果進(jìn)行診斷，如果有問(wèn)題及時(shí)通知孕婦到醫(yī)院來(lái)。該技術(shù)有利于孕婦隨時(shí)檢查胎兒的狀況，有利于胎兒和孕婦的健康。2.應(yīng)用在汽車(chē)電子
應(yīng)用在汽車(chē)中的MEMS傳感器
MEMS壓力傳感器主要應(yīng)用在測(cè)量氣囊壓力、燃油壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力、進(jìn)氣管道壓力及輪胎壓力。這種傳感器用單晶硅作材料，以采用MEMS技術(shù)在材料中間制作成力敏膜片，然后在膜片上擴(kuò)散雜質(zhì)形成四只應(yīng)變電阻，再以惠斯頓電橋方式將應(yīng)變電阻連接成電路，來(lái)獲得高靈敏度。車(chē)用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式、聲表面波式等幾種常見(jiàn)的形式。而MEMS加速度計(jì)的原理是基于牛頓的經(jīng)典力學(xué)定律，通常由懸掛系統(tǒng)和檢測(cè)質(zhì)量組成，通過(guò)微硅質(zhì)量塊的偏移實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度的檢測(cè)，主要用于汽車(chē)安全氣囊系統(tǒng)、防滑系統(tǒng)、汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)和防盜系統(tǒng)等，除了有電容式、壓阻式以外，MEMS加速度計(jì)還有壓電式、隧道電流型、諧振式和熱電偶式等形式。其中，電容式MEMS加速度計(jì)具有靈敏度高、受溫度影響極小等特點(diǎn)，是MEMS微加速度計(jì)中的主流產(chǎn)品。微陀螺儀是一種角速率傳感器，主要用于汽車(chē)導(dǎo)航的GPS信號(hào)補(bǔ)償和汽車(chē)底盤(pán)控制系統(tǒng)，主要有振動(dòng)式、轉(zhuǎn)子式等幾種。應(yīng)用最多的屬于振動(dòng)陀螺儀，它利用單晶硅或多晶硅的振動(dòng)質(zhì)量塊在被基座帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的哥氏效應(yīng)來(lái)感測(cè)角速度。例如汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)陀螺儀測(cè)量角速度來(lái)指示方向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)是否到位，主動(dòng)在內(nèi)側(cè)或者外側(cè)車(chē)輪上加上適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)以防止汽車(chē)脫離車(chē)道，通常，它與低加速度計(jì)一起構(gòu)成主動(dòng)控制系統(tǒng)。3.應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)員的日常訓(xùn)練中，MEMS傳感器可以用來(lái)進(jìn)行3D人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量，對(duì)每一個(gè)動(dòng)作進(jìn)行記錄，教練們對(duì)結(jié)果分析，反復(fù)比較，以便提高運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)。隨著MEMS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，MEMS傳感器的價(jià)格也會(huì)隨著降低，這在大眾健身房中也可以廣泛應(yīng)用。在滑雪方面，3D運(yùn)動(dòng)追蹤中的壓力傳感器、加速度傳感器、陀螺儀以及GPS可以讓使用者獲得極精確的觀察能力，除了可提供滑雪板的移動(dòng)數(shù)據(jù)外，還可以記錄使用者的位置和距離。在沖浪方面也是如此，安裝在沖浪板上的3D運(yùn)動(dòng)追蹤，可以記錄海浪高度、速度、沖浪時(shí)間、漿板距離、水溫以及消耗的熱量等信息。4.應(yīng)用在手機(jī)拍照領(lǐng)域在MEMS Drive出現(xiàn)之前，手機(jī)攝像頭主要由音圈馬達(dá)移動(dòng)鏡頭組的方式實(shí)現(xiàn)防抖(簡(jiǎn)稱(chēng)鏡頭防抖技術(shù))，受到很大的局限。而另一個(gè)在市場(chǎng)上較高端的防抖技術(shù)：多軸防抖，則是利用移動(dòng)圖像傳感器(Image Sensor)補(bǔ)償抖動(dòng)，但由于這個(gè)技術(shù)體積龐大、耗電量超出手機(jī)載荷，一直無(wú)法在手機(jī)上應(yīng)用。憑著微機(jī)電在體積和功耗上的突破，最新技術(shù)MEMS Drive類(lèi)似一張貼在圖像傳感器背面的平面馬達(dá)，帶動(dòng)圖像傳感器在三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)。MEMS Drive 的防抖技術(shù)是透過(guò)陀螺儀感知拍照過(guò)程中的瞬間抖動(dòng)，依靠精密算法，計(jì)算出馬達(dá)應(yīng)做的移動(dòng)幅度并做出快速補(bǔ)償。這一系列動(dòng)作都要在百分之一秒內(nèi)做完，你得到的圖像才不會(huì)因?yàn)槎秳?dòng)模糊掉。手機(jī)拍照帶給我們隨時(shí)隨地的便捷，但是面對(duì)復(fù)雜的環(huán)境、多樣的拍照?qǐng)鼍埃耸峙恼沼袩o(wú)法避免的抖動(dòng)，像是走著跑著躺著拍照，或者把手伸長(zhǎng)、手握自拍桿自拍，無(wú)論哪種抖動(dòng)，憑借MEMS DRIVE馬達(dá)獨(dú)有的五軸防抖，和快速、精準(zhǔn)控制的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，都能呈現(xiàn)出更清晰更銳麗的圖片
[1]
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MEMS傳感器研究現(xiàn)狀
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語(yǔ)音
1、微機(jī)械壓力傳感器微機(jī)械壓力傳感器是最早開(kāi)始研制的微機(jī)械產(chǎn)品，也是微機(jī)械技術(shù)中最成熟、最早開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品。從信號(hào)檢測(cè)方式來(lái)看，微機(jī)械壓力傳感器分為壓阻式和電容式兩類(lèi)，分別以體微機(jī)械加工技術(shù)和犧牲層技術(shù)為基礎(chǔ)制造。從敏感膜結(jié)構(gòu)來(lái)看，有圓形、方形、矩形、E形等多種結(jié)構(gòu)。壓阻式壓力傳感器的精度可達(dá)0.05%～0.01%,年穩(wěn)定性達(dá)0.1%/F.S，溫度誤差為0.0002%,耐壓可達(dá)幾百兆帕,過(guò)壓保護(hù)范圍可達(dá)傳感器量程的20倍以上,并能進(jìn)行大范圍下的全溫補(bǔ)償。現(xiàn)階段微機(jī)械壓力傳感器的主要發(fā)展方向有以下幾個(gè)方面。(1)將敏感元件與信號(hào)處理、校準(zhǔn)、補(bǔ)償、微控制器等進(jìn)行單片集成，研制智能化的壓力傳感器。(2)進(jìn)一步提高壓力傳感器的靈敏度，實(shí)現(xiàn)低量程的微壓傳感器。(3)提高工作溫度，研制高低溫壓力傳感器。(4)開(kāi)發(fā)諧振式壓力傳感器。2、微加速度傳感器硅微加速度傳感器是繼微壓力傳感器之后第二個(gè)進(jìn)入市場(chǎng)的微機(jī)械傳感器。其主要類(lèi)型有壓阻式、電容式、力平衡式和諧振式。其中最具有吸引力的是力平衡加速度計(jì)，其典型產(chǎn)品是Kuehnel等人在1994年報(bào)道的AGXL50型。國(guó)內(nèi)在微加速度傳感器的研制方面也作了大量的工作，如西安電子科技大學(xué)研制的壓阻式微加速度傳感器和清華大學(xué)微電子所開(kāi)發(fā)的諧振式微加速度傳感器。后者采用電阻熱激勵(lì)、壓阻電橋檢測(cè)的方式，其敏感結(jié)構(gòu)為高度對(duì)稱(chēng)的4角支撐質(zhì)量塊形式，在質(zhì)量塊4邊與支撐框架之間制作了4個(gè)諧振梁用于信號(hào)檢測(cè)。3、微機(jī)械陀螺角速度一般是用陀螺儀來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。傳統(tǒng)的陀螺儀是利用高速轉(zhuǎn)動(dòng)的物體具有保持其角動(dòng)量的特性來(lái)測(cè)量角速度的。這種陀螺儀的精度很高，但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用壽命短，成本高，一般僅用于導(dǎo)航方面，而難以在一般的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用。實(shí)際上，如果不是受成本限制，角速度傳感器可在諸如汽車(chē)牽引控制系統(tǒng)、攝象機(jī)的穩(wěn)定系統(tǒng)、醫(yī)用儀器、軍事儀器、運(yùn)動(dòng)機(jī)械、計(jì)算機(jī)慣性鼠標(biāo)、軍事等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。常見(jiàn)的微機(jī)械角速度傳感器有雙平衡環(huán)結(jié)構(gòu)，懸臂梁結(jié)構(gòu)、音叉結(jié)構(gòu)、振動(dòng)環(huán)結(jié)構(gòu)等。但是，實(shí)現(xiàn)的微機(jī)械陀螺的精度還不到10°/h，離慣性導(dǎo)航系統(tǒng)所需的0.1°/h相差尚遠(yuǎn)。4、微流量傳感器微流量傳感器不僅外形尺寸小，能達(dá)到很低的測(cè)量量級(jí)，而且死區(qū)容量小，響應(yīng)時(shí)間短，適合于微流體的精密測(cè)量和控制。國(guó)內(nèi)外研究的微流量傳感器依據(jù)工作原理可分為熱式（包括熱傳導(dǎo)式和熱飛行時(shí)間式）、機(jī)械式和諧振式3種。清華大學(xué)精密儀器系設(shè)計(jì)的閥片式微流量傳感器通過(guò)閥片將流量轉(zhuǎn)換為梁表面彎曲應(yīng)力，再由集成在閥片上的壓敏電橋檢測(cè)出流量信號(hào)。該傳感器的芯片尺寸為3.5mm×3.5mm，在10ml～200ml/min的氣體流量下，線性度優(yōu)于5%。5、微氣體傳感器根據(jù)制作材料的不同，微氣敏傳感器分為硅基氣敏傳感器和硅微氣敏傳感器。其中前者以硅為襯底，敏感層為非硅材料，是當(dāng)前微氣敏傳感器的主流。微氣體傳感器可滿(mǎn)足人們對(duì)氣敏傳感器集成化、智能化、多功能化等要求。例如許多氣敏傳感器的敏感性能和工作溫度密切相關(guān)，因而要同時(shí)制作加熱元件和溫度探測(cè)元件，以監(jiān)測(cè)和控制溫度。MEMS技術(shù)很容易將氣敏元件和溫度探測(cè)元件制作在一起，保證氣體傳感器優(yōu)良性能的發(fā)揮。諧振式氣敏傳感器不需要對(duì)器件進(jìn)行加熱，且輸出信號(hào)為頻率量，是硅微氣敏傳感器發(fā)展的重要方向之一。北京大學(xué)微電子所提出的1種微結(jié)構(gòu)氣體傳感器，由硅梁、激振元件、測(cè)振元件和氣體敏感膜組成。硅梁被置于被測(cè)氣體中后，表面的敏感膜吸附氣體分子而使梁的質(zhì)量增加，使梁的諧振頻率減小。這樣通過(guò)測(cè)量硅梁的諧振頻率可得到氣體的濃度值。對(duì)NO2氣體濃度的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)表明，在0×10～1×10的范圍內(nèi)有較好的線性，濃度檢測(cè)極限達(dá)到1×10，當(dāng)工作頻率是19kHz時(shí)，靈敏度是1.3Hz/10。德國(guó)的M.Maute等人在SiNx懸臂梁表面涂敷聚合物PDMS來(lái)檢測(cè)己烷氣體，得到－0.099Hz/10的靈敏度。6、微機(jī)械溫度傳感器微機(jī)械傳感器與傳統(tǒng)的傳感器相比，具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，其固有熱容量?jī)H為10J/K～10J/K，使其在溫度測(cè)量方面具有傳統(tǒng)溫度傳感器不可比擬的優(yōu)勢(shì)。開(kāi)發(fā)了1種硅/二氧化硅雙層微懸臂梁溫度傳感器。基于硅和二氧化硅兩種材料熱膨脹系數(shù)的差異，不同溫度下梁的撓度不同，其形變可通過(guò)位于梁根部的壓敏電橋來(lái)檢測(cè)。其非線性誤差為0.9%，遲滯誤差為0.45%，重復(fù)性誤差為1.63%，精度為1.9%。7、其他微機(jī)械傳感器利用微機(jī)械加工技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)其他多種傳感器，例如瑞士Chalmers大學(xué)的PeterE等人設(shè)計(jì)的諧振式流體密度傳感器，浙江大學(xué)研制的力平衡微機(jī)械真空傳感器，中科院合肥智能所研制的振梁式微機(jī)械力敏傳感器等
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MEMS傳感器分類(lèi)
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語(yǔ)音
1、MEMS氣體流量傳感器：高精度，檢測(cè)流量范圍廣，適用于各種需求的流量計(jì)測(cè)。2、MEMS壓力傳感器：性能偏差小的MEMS壓力傳感器。3、MEMS非接觸溫度傳感器：對(duì)靜止人體也能檢測(cè)，高靈敏度的人體感應(yīng)傳感器。4、MEMS開(kāi)關(guān)：高頻，小型，長(zhǎng)壽命的MEMS開(kāi)關(guān)。
MEMS傳感器總結(jié)
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語(yǔ)音
中國(guó)在?MEMS?傳感器領(lǐng)域的研究較晚，但已經(jīng)成為不可或缺的力量，中國(guó)的部分專(zhuān)利權(quán)的創(chuàng)新主體協(xié)同格局前提下，加大政府科技資金投入不但可以消解技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展中的資金阻滯，又有助于引導(dǎo)企業(yè)或單位技術(shù)創(chuàng)新意識(shí)，從而提高我國(guó)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)效率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速而穩(wěn)健的發(fā)展
[3]
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潤(rùn)盛電子商務(wù)
溫州潤(rùn)盛電子商務(wù)有限公司
MEMS傳感器在電子煙自動(dòng)開(kāi)關(guān)上的應(yīng)用
一、MEMS簡(jiǎn)介及應(yīng)用MEMS是微機(jī)電系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，全稱(chēng)是 Micro-Electro-Mechanical-System，又叫微電子機(jī)械系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微機(jī)械等，是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置。微機(jī)電系統(tǒng)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí)，是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)。...
2019-10-230
電子研習(xí)社APP
在電子領(lǐng)域擁有前沿觀點(diǎn)的APP
為何說(shuō)MEMS傳感器在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中決定性作用
隨著數(shù)字化或物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，傳感器正成為工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的核心。在這種情況下，應(yīng)用依賴(lài) MEMS 進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，與這些新應(yīng)用相伴而來(lái)的是關(guān)于性能和可靠性的非常具體的標(biāo)準(zhǔn)。智能基礎(chǔ)設(shè)施利用數(shù)字化創(chuàng)建智能基礎(chǔ)設(shè)施可帶來(lái)諸多好處，其中包括更高的容量、效率和可靠性。智能...
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環(huán)球創(chuàng)新智慧
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日本國(guó)立材料研究所首次成功開(kāi)發(fā)出單晶金剛石MEMS傳感器芯片！
導(dǎo)讀近日，日本國(guó)立材料研究所領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出一種高質(zhì)量的金剛石懸臂梁，它實(shí)現(xiàn)了室溫條件下最高的品質(zhì)（Q）因子。研究小組首次在世界上成功開(kāi)發(fā)出單晶金剛石 MEMS 傳感器芯片。背景智能手機(jī)、智能手環(huán)、汽車(chē)、無(wú)人機(jī)、VR/AR 設(shè)備等一系列產(chǎn)品中都會(huì)有 MEMS 技術(shù)的...
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麥姆斯咨詢(xún)
麥姆斯咨詢(xún)與傳感科技中國(guó)最佳MEMS合作伙伴
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據(jù)麥姆斯咨詢(xún)介紹，未來(lái)半自動(dòng)和全自動(dòng)駕駛汽車(chē)的實(shí)現(xiàn)與傳感器發(fā)展密切相關(guān)。為了讓用戶(hù)獲得更佳的體驗(yàn)，從依靠工業(yè)級(jí)陀螺儀實(shí)現(xiàn)卓越導(dǎo)航的高度精確的航位推算子系統(tǒng)，到具有直觀人機(jī)界面（human machine interface，HMI）和智能座椅等更智能化和個(gè)性化的駕駛室，新一...
2018-09-180
Winsen傳感
鄭州煒盛電子科技有限公司
MEMS傳感器：海量應(yīng)用市場(chǎng)，潛力無(wú)限！
MEMS氣體傳感器不同于物理類(lèi)傳感器芯片，它涉及化...
2021-03-150
參考資料
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mems電容傳感器：mems電容傳感器
MEMS傳感器介紹
MEMS 傳感器介紹 1. MEMS 傳感器的類(lèi)別： ? MEMS 傳感器是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器 。 它具有體積小 、 質(zhì)量輕 、 成本低 、 功耗低 、 可靠性高
2020-12-28 15:42:40
漢威科技加碼高端MEMS傳感器業(yè)務(wù)
此次募資投入項(xiàng)目中，“MEMS傳感器封測(cè)產(chǎn)線建設(shè)”占項(xiàng)目投資額比重最大。該項(xiàng)目主要涵蓋MEMS氣體、濕度、壓力、流量等傳感器的封裝測(cè)試環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)3820萬(wàn)只MEMS傳感器產(chǎn)能，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向。
2020-09-26 10:28:07
MEMS技術(shù)傳感器成為汽車(chē)傳感器的主要部件
隨著高端汽車(chē)與智能汽車(chē)的普及，以及無(wú)人駕駛技術(shù)的推進(jìn)，超聲波傳感器、圖像傳感器、激光雷達(dá)傳感器、微波傳感器、紅外傳感器等也都被采用。汽車(chē)傳感器已經(jīng)成為MEMS傳感器的一個(gè)主要的應(yīng)用市場(chǎng)。
2020-08-13 16:05:10
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發(fā)燒友 2021-05-26 11:33:30
高性能MEMS電容壓力傳感器的設(shè)計(jì)及其熱分析
為了進(jìn)一步提高接觸式電容壓力傳感器的性能，設(shè)計(jì)了一種高性能雙凹槽結(jié)構(gòu)的接觸式電容壓力傳感器，并對(duì)該傳感器在高溫環(huán)境中的總體性能進(jìn)行了分析。推導(dǎo)了熱傳導(dǎo)和熱彈性理論，并對(duì)影響傳感器熱分析的各個(gè)因素與
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2021-03-20 10:31:13
MEMS壓力傳感器相關(guān)基礎(chǔ)及應(yīng)用
作用而導(dǎo)致變形的時(shí)候，經(jīng)過(guò)機(jī)械量的彈性的變形，然后待電量轉(zhuǎn)換之后再輸出，因此，MEMS壓力傳感器的優(yōu)越性有很多，尺寸很小，性?xún)r(jià)比很高。它主要分為兩種：硅電容式和硅壓阻式。
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2021-03-11 14:53:42
ADI MEMS可穿戴傳感器開(kāi)發(fā)平臺(tái)
ADI MEMS可穿戴傳感器開(kāi)發(fā)平臺(tái),慣性MEMS傳感器評(píng)估工具,ADIS-eval-software
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2017-01-13 15:47:44
迅速增長(zhǎng)的MEMS傳感器和執(zhí)行器應(yīng)用
2010年以來(lái)，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需求的驅(qū)動(dòng)下，各種各樣的MEMS傳感器和執(zhí)行器在可穿戴系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品、智能家居、智能手機(jī)、智能制造、汽車(chē)和自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用（圖3），產(chǎn)品包括各種運(yùn)動(dòng)傳感器和
2020-07-30 14:24:53
什么是MEMS芯片、MEMS傳感器？
那MEMS傳感器又是什么？MEMS傳感器就是把一顆MEMS芯片和一顆專(zhuān)用集成電路芯片（ASIC芯片）封裝在一塊后形成的器件。左圖是一張典型的MEMS麥克風(fēng)內(nèi)部構(gòu)造的放大圖，圖內(nèi)右邊的芯片是MEMS芯片，左邊的芯片是ASIC芯片。右圖是封裝后的MEMS麥克風(fēng)。
2020-06-12 09:42:22
什么是MEMS傳感器？
傳感器發(fā)展到今天，小型化、智能化、集成化，已經(jīng)是升級(jí)換代的必由之路。今天，我們來(lái)為大家介紹一下傳感器家族的mini型產(chǎn)品——--MEMS傳感器。
2020-06-08 14:52:50
中國(guó)MEMS傳感器和國(guó)外MEMS傳感器的差距
美新半導(dǎo)體主營(yíng)業(yè)務(wù)是MEMS傳感器。MEMS傳感器離我們并不遙遠(yuǎn)，大家日常使用的手機(jī)中其實(shí)就有MEMS陀螺儀。MEMS傳感器在汽車(chē)、航天、航空、軍事、消費(fèi)電子產(chǎn)品等諸多方面都有廣闊的應(yīng)用潛力。
2020-05-15 17:23:03
MEMS傳感器的產(chǎn)業(yè)鏈報(bào)告
一文了解MEMS傳感器的產(chǎn)業(yè)鏈 一、MEMS簡(jiǎn)介MEMS的全稱(chēng)是微型電子機(jī)械系統(tǒng)利用半導(dǎo)體制造工藝和材料，將傳感器、執(zhí)行器、機(jī)械機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理和控制電路等集成于一體的微型器件或系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在
2020-05-11 09:13:12
MEMS加速度傳感器在電機(jī)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用
常見(jiàn)的加速度傳感器主要有壓電陶瓷加速度傳感器、應(yīng)變式加速度傳感器、電容式加速度傳感器和MEMS加速度傳感器，傳統(tǒng)的電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)主要選用IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器。
2020-04-23 09:40:59
MEMS傳感器的六類(lèi)簡(jiǎn)介
MEMS傳感器的六類(lèi)簡(jiǎn)介 以下直接介紹MEMS傳感器的幾個(gè)類(lèi)型及工作原理介紹，MEMS傳感器即微機(jī)電系統(tǒng)是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小
2020-04-16 16:18:37
MEMS電容式加速度傳感器（簡(jiǎn)介）
MEMS電容式加速度傳感器（簡(jiǎn)介） MEMS傳感器即微機(jī)電系統(tǒng)是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量
2020-04-16 16:11:30
MEMS傳感器和智能傳感器有什么不同
伴隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，傳感器也迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。近幾年幾乎每年保持兩位數(shù)的增長(zhǎng)，中國(guó)傳感器市場(chǎng)規(guī)模接近一千五百億人民幣，傳感器的類(lèi)型是多樣化的，MEMS傳感器市場(chǎng)規(guī)模占比達(dá)到一半以上，而MEMS傳感器和智能傳感器無(wú)疑是未來(lái)幾年的主流。
2020-04-12 11:39:28
mems傳感器有啥優(yōu)點(diǎn)
用MEMS工藝制造的傳感器具有微型化、集成化、成本低、效能高、可大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。同時(shí)，MEMS傳感器不僅能夠感知被測(cè)參數(shù)，將其轉(zhuǎn)換成方便度量的信號(hào);而且能對(duì)所得到的信號(hào)進(jìn)行分析、處理和識(shí)別、判斷，因此形象地被稱(chēng)為智能傳感器。
2019-12-25 10:21:25
2023年MEMS晶圓廠將占所有MEMS和傳感器建成工廠的46%
SEMI預(yù)測(cè)，2023年，MEMS晶圓廠將占所有MEMS和傳感器建成工廠的46%。圖像傳感器工廠將占總數(shù)的40％，其他工廠-同時(shí)生產(chǎn)MEMS和圖像傳感器的工廠為14％。
2019-11-08 08:53:05
MEMS傳感器你了解多少
MEMS生物傳感器目前處于發(fā)展初期。MEMS生物傳感器是利用生物分子探測(cè)生物反應(yīng)信息的器件。
2019-07-25 14:19:25
MEMS空氣聲矢量傳感器
北京大學(xué)微納電子學(xué)系高成臣教授課題組依托MEMS工藝平臺(tái)，經(jīng)過(guò)6年的持續(xù)研究，在國(guó)內(nèi)首次研制出了高性能的熱式聲粒子振速傳感器，并完成了聲粒子振速傳感器與聲壓傳感器的系統(tǒng)集成，制作出了高性能的MEMS空氣聲矢量傳感器，該傳感器能夠完成聲壓信號(hào)的全信息檢測(cè)。
2019-05-27 10:37:07
探討全球MEMS傳感器發(fā)展趨勢(shì)
IC Insights最新發(fā)布的報(bào)告預(yù)測(cè)，2018年，全球傳感器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到93億美元，其中MEMS傳感器銷(xiāo)售額占比73%。報(bào)告還指出,未來(lái)MEMS傳感器和執(zhí)行器將會(huì)越來(lái)越針對(duì)某些特定應(yīng)用，而這些特定應(yīng)用將會(huì)是MEMS傳感器的強(qiáng)心劑！
2018-09-07 09:41:52
主要MEMS傳感器種類(lèi)及供應(yīng)商
MEMS生物傳感器目前處于發(fā)展初期。MEMS生物傳感器是利用生物分子探測(cè)生物反應(yīng)信息的器件，被列為新世紀(jì)五大醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)之一，是現(xiàn)代生物技術(shù)與微電子學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科交叉結(jié)合的產(chǎn)物。未來(lái)MEMS生物傳感器在醫(yī)學(xué)、食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊發(fā)展空間。
2018-07-31 09:55:00
MEMS傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域與主要MEMS傳感器種類(lèi)及供應(yīng)商
MEMS讓傳感器小型化、智能化，MEMS傳感器將在智慧工業(yè)時(shí)代大有可為。MEMS溫度、濕度傳感器可用于環(huán)境條件的檢測(cè)，MEMS加速度計(jì)可以用來(lái)監(jiān)測(cè)工業(yè)設(shè)備的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)速度。高精度的MEMS加速度計(jì)和陀螺儀可以為工業(yè)機(jī)器人的導(dǎo)航和轉(zhuǎn)動(dòng)提供精確的位置信息。
2018-04-12 11:25:45
士蘭微宣布2018年將重點(diǎn)布局MEMS傳感器 或可能搶占國(guó)內(nèi)中高端MEMS傳感器市場(chǎng)
據(jù)報(bào)道，通過(guò)蘭微電子2017年年度業(yè)績(jī)預(yù)增公告來(lái)看，2018年士蘭微將重點(diǎn)布局MEMS傳感器市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程提速，MEMS傳感器應(yīng)用前景一片大好，士蘭微或?qū)屨紘?guó)內(nèi)中高端MEMS傳感器市場(chǎng)。
2018-01-30 14:19:07
MEMS傳感器概念、分類(lèi)等基礎(chǔ)知識(shí)詳解
關(guān)于MEMS傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，你了解多少？本文將從MEMS傳感器的概念、制造及工藝、MEMS傳感器與傳統(tǒng)傳感器的區(qū)別、MEMS傳感器的分類(lèi)幾大部分詳解，幫助初識(shí)MEMS傳感器的讀者快速了解這一重要器件。
2016-12-06 10:47:22
MEMS傳感器種類(lèi)及國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠商
在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的帶動(dòng)下，傳感器產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化需求不斷增大，MEMS傳感器產(chǎn)品正在被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文將介紹MEMS的傳感器種類(lèi)以及國(guó)內(nèi)外MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器、壓力、麥克風(fēng)、環(huán)境、生物傳感器的生產(chǎn)廠商。
2016-11-01 15:50:05
MEMS壓力傳感器原理及應(yīng)用詳解
目前的MEMS壓力傳感器有硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器，兩者都是在硅片上生成的微機(jī)電傳感器。
2016-10-27 11:50:58
電容式與熱式MEMS傳感器的部分差異
對(duì)于電容式和熱式MEMS傳感器來(lái)說(shuō)，兩種技術(shù)最大的區(qū)別在于其不同的傳感技術(shù)。
2016-06-13 02:27:00
Mouser備貨 Murata微型ZPA系列電容式MEMS壓力傳感器
貿(mào)澤電子 （Mouser Electronics） 即日起開(kāi)始分銷(xiāo)Murata的ZPA系列 MEMS壓力傳感器。該小型 （2.3 × 2.6 mm） 微機(jī)電系統(tǒng) （MEMS） 傳感器可提供范圍在300至 1，100 hPa之間、分辨率低至0.016 Pa的高精度壓力讀數(shù)。
2015-12-25 13:47:42
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mems電容傳感器：MEMS硅膜電容式壓力傳感器的基本原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
描述
基本原理和結(jié)構(gòu)
電容式壓力傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。式中：ε0為真空中的介電常數(shù);t為絕緣層的厚度;εr為絕緣層的相對(duì)介電常數(shù);g為零載荷時(shí)電容器兩極板之間的初始距離;ω（x，y）為極板膜的中平面的垂向位移。
由公式可知，外界壓力通過(guò)改變電容的極板面積和間距來(lái)改變電容。隨著壓力慢慢增大，電容因極板間距減小而增大，此時(shí)電容值由非接觸電容來(lái)決定;當(dāng)兩極板接觸時(shí)，電容的大小則主要由接觸電容來(lái)決定。
傳感器的設(shè)計(jì)與制造
敏感薄膜是傳感器最核心的部件，其材料、尺寸和厚度決定著傳感器的性能。
目前敏感薄膜的材料多采用重?fù)诫sp型硅、Si3N4、單晶硅等。這幾種材料都各有優(yōu)缺點(diǎn)，其選擇與目標(biāo)要求和具體工藝相關(guān)。硅膜不破壞晶格，機(jī)械性能優(yōu)異，適于陽(yáng)極鍵合形成空腔，從簡(jiǎn)化工藝的目的出發(fā)，本方案選擇硅膜。
利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)接觸式結(jié)構(gòu)的薄膜工作狀態(tài)進(jìn)行了模擬。材料為Si，膜的形狀為正方形，邊長(zhǎng)1000 μm，膜厚5 μm，極板間距10 μm。在1.01×105Pa的大氣壓力下，薄膜中央接觸部分及四個(gè)邊角基本不受應(yīng)力，四邊中央應(yīng)力最大為1.07 MPa，小于硅的屈服應(yīng)力7 MPa，其應(yīng)力分布如圖2所示。
整個(gè)制造流程都采用標(biāo)準(zhǔn)工藝，如圖3所示。先熱氧化100 nm的SiO2，既作為腐蝕Si的掩膜，又作為電容兩電極的絕緣層。利用各向異性腐蝕形成電容空腔和將來(lái)露電極的停刻槽，如果硅片厚度一致且KOH腐蝕速率均勻，此法可以在相當(dāng)程度上等效于自停止腐蝕。從玻璃上引出電容兩電極，然后和硅片進(jìn)行陽(yáng)極鍵合。鍵合片利用KOH腐蝕減薄后反應(yīng)離子深刻蝕露出測(cè)量電極。
關(guān)鍵工藝
4.1 KOH各向異性腐蝕
在各種各向異性腐蝕方法里面，KOH腐蝕簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低廉。在硅片大面積、大深度腐蝕的情況下，KOH腐蝕容易影響硅片表面的形狀和光潔度，如何選擇合適的溶液配比起著重要的作用。在KOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～40%，硅片電阻率為0.05 ω？cm，80℃水浴恒溫的條件下，隨著KOH濃度的提高，腐蝕表面有著很明顯的變化：凸起的小丘逐漸由圓錐變成八棱錐進(jìn)而變成四棱錐，如圖4（a）所示，棱錐高度多為幾十微米，底邊長(zhǎng)一兩百微米;提高KOH濃度，小丘消失，出現(xiàn)四棱臺(tái)，如圖4（b）所示，棱臺(tái)深度多為幾個(gè)微米，底邊長(zhǎng)一兩百微米;再加大KOH濃度，小坑形狀發(fā)生變化，完整的四棱臺(tái)坑幾乎消失，多為斜坡?tīng)畹陌胨睦馀_(tái)小坑，如圖4（c）所示，坡高1～2μm，邊長(zhǎng)10μm以?xún)?nèi)。
四棱錐和四棱臺(tái)的四個(gè)斜面對(duì)應(yīng)于腐蝕速率最低的（111）系列晶面。當(dāng)濃度較低時(shí)，（100）和（111）晶面的腐蝕速率比小，所以出現(xiàn)小丘;當(dāng)濃度增大時(shí)，（100）和（111）晶面的腐蝕速率比增大，所以出現(xiàn)小坑;濃度達(dá)到一定程度后，（100）和（111）晶面的腐蝕速率比趨于穩(wěn)定，依然出坑，而（110）和（111）晶面的腐蝕速率比增大，從而產(chǎn)生斜坡。只有調(diào)整KOH的濃度，得到匹配的（100）、（110）、（111）晶面的腐蝕速率，才能獲得較好的腐蝕表面。試驗(yàn)還表明，溫度主要影響腐蝕速率，對(duì)硅片腐蝕形貌影響不大。
4.2 陽(yáng)極鍵合
目前真空腔的形成多采用Si—Si鍵合或者陽(yáng)極鍵合。本方案采用陽(yáng)極鍵合，是因?yàn)殛?yáng)極鍵合比Si—Si鍵合的要求低。首先溫度只需要400～500℃，其次表面光潔度要求也相對(duì)較低。本工藝過(guò)程中存在金屬電極，不適于用高溫;鍵合面存在高約1400 nm，寬為20μm的電極引線，鍵合面的SiO2經(jīng)過(guò)一定程度的KOH各向異性腐蝕后粗糙度為100nm左右，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明，鍵合情況良好（圖5），并具有良好的密封效果。
4.3 反應(yīng)離子深刻蝕
反應(yīng)離子深刻蝕（DRIE）能刻出非常深的垂直結(jié)構(gòu)，本試驗(yàn)用于最后硅薄膜的形成。DRIE的刻蝕效果（刻深為250 μm）沒(méi)有KOH腐蝕的平坦，刻蝕表面比較粗糙，表面顆粒起伏為幾個(gè)微米，如圖6。此外刻蝕存在不均勻性，75 mm硅片四周已經(jīng)刻到電極露出，而硅片中央的電極還沒(méi)有露出。深刻蝕的不均勻性與刻蝕表面的圖形有著密切的聯(lián)系，但其中的成因和機(jī)理目前還沒(méi)有具體合理的理論和解釋說(shuō)明。因而無(wú)法從理論上指導(dǎo)規(guī)劃刻蝕表面的形狀設(shè)計(jì)，更多的是依靠經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)凋整。
試驗(yàn)結(jié)果與分析
制成的傳感器樣片。薄膜尺寸為2 mm×2 mm，膜厚理淪設(shè)計(jì)為10 μm，但由于硅片本身厚度存在±20 μm的起伏誤差，且經(jīng)過(guò)KOH各向異性腐蝕以及反應(yīng)離子深刻蝕之后已經(jīng)難以保證設(shè)計(jì)要求，實(shí)際膜厚10～30μm不等。
在室溫19.34℃的條件下，對(duì)壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量設(shè)備為Druck的DPI610IS，測(cè)量電路采用了AD公司的AD7745電容測(cè)量芯片，精度能達(dá)到4 fF。測(cè)量曲線如圖7所示，測(cè)試精度為8.1‰。由于硅薄膜較厚，測(cè)量范圍內(nèi)的線性部分不多，此外電容電極的面積利用率不高使得電容的變化量也小，這些都是造成性能不高的主要原因，但由圖可以看出測(cè)量曲線存在很好的一致性和重復(fù)性。
結(jié)論
利用硅膜的良好機(jī)械特性，采用接觸式的結(jié)構(gòu)，通過(guò)簡(jiǎn)單標(biāo)準(zhǔn)的工藝制造出了電容式壓力傳感器樣片。經(jīng)過(guò)對(duì)傳感器的測(cè)試和分析，證明這種傳感器可應(yīng)用于氣象壓力的測(cè)量。如何改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝制造，提高傳感器的測(cè)量精度是下一步研究工作的重點(diǎn)。
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mems電容傳感器：電容式傳感器的特點(diǎn)及工作原理解析
1 引言
用電測(cè)法測(cè)量非電學(xué)量時(shí)，首先必須將被測(cè)的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量而后輸入之。通常把非電學(xué)量變換成電學(xué)量的元件稱(chēng)為變換器；根據(jù)不同非電學(xué)量的特點(diǎn)設(shè)計(jì)成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱(chēng)為傳感器，而被測(cè)的力學(xué)量（如位移、力、速度等）轉(zhuǎn)換成電容變化的傳感器稱(chēng)為電容傳感器。
從能量轉(zhuǎn)換的角度而言，電容變換器為無(wú)源變換器，需要將所測(cè)的力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進(jìn)行放大和處理。力學(xué)量中的線位移、角位移、間隔、距離、厚度、拉伸、壓縮、膨脹、變形等無(wú)不與長(zhǎng)度有著密切聯(lián)系的量;這些量又都是通過(guò)長(zhǎng)度或者長(zhǎng)度比值進(jìn)行測(cè)量的量，而其測(cè)量方法的相互關(guān)系也很密切。另外，在有些條件下，這些力學(xué)量變化相當(dāng)緩慢，而且變化范圍極小，如果要求測(cè)量極小距離或位移時(shí)要有較高的分辨率，其他傳感器很難做到實(shí)現(xiàn)高分辨率要求，在精密測(cè)量中所普遍使用的差動(dòng)變壓器傳感器的分辨率僅達(dá)到1～5 μm數(shù)量級(jí);而有一種電容測(cè)微儀，他的分辨率為0.01 μm，比前者提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，最大量程為100±5 μm，因此他在精密小位移測(cè)量中受到青睞。
對(duì)于上述這些力學(xué)量，尤其是緩慢變化或微小量的測(cè)量，一般來(lái)說(shuō)采用電容式傳感器進(jìn)行檢測(cè)比較適宜，主要是這類(lèi)傳感器具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：
（1）測(cè)量范圍大其相對(duì)變化率可超過(guò)100%;
（2）靈敏度高如用比率變壓器電橋測(cè)量，相對(duì)變化量可達(dá)10-7數(shù)量級(jí);
（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)快因其可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性既適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量，也可靜態(tài)測(cè)量;
（4）穩(wěn)定性好由于電容器極板多為金屬材料，極板間襯物多為無(wú)機(jī)材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等;因此可以在高溫、低溫強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)幅射下長(zhǎng)期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測(cè)難題。
2 原理及應(yīng)用
電容傳感器的工作原理是利用力學(xué)量變化使電容器中其中的一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換的。根據(jù)改變電容器的參數(shù)不同，電容傳感器可有3類(lèi)：
2.1 改變極板遮蓋面積的電容傳感器
圖1是3種這類(lèi)傳感器的原理圖，圖1（a）中是利用角位移來(lái)改變電容器極板遮蓋面積。假定當(dāng)2塊極板完全遮蓋時(shí)的面積為S0，兩極板間的距離為d，極板間介質(zhì)的介電常數(shù)為ε。當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，該電容器的電容量為：
如果其中一塊板極相對(duì)另一極板轉(zhuǎn)過(guò)θ角，則極板間的相互遮蓋面積為：
可見(jiàn)，此電容量的變化值和角位移成正比，以此用來(lái)測(cè)量角位移。
圖1（b）中是利用線位移來(lái)改變電容器極板的遮蓋面積的。如果初始狀態(tài)極板全部遮蓋，則遮蓋面積S0=ab，當(dāng)2塊極板相對(duì)位移x時(shí)，則極板的遮蓋面積變?yōu)镾1=b（a-x）。在介電常數(shù)和極板距離不變時(shí)，電容量分別為：
可見(jiàn)，此電容量的變化值和線位移x成正比，用他來(lái)測(cè)量各類(lèi)線位移。
圖1（c）所示電容變換器是圖1（b）所示電容器的變種。采用這種鋸齒形電極的目的在于提高傳感器的靈敏度。若鋸齒數(shù)為n，尺寸如圖1（b）所示不變，當(dāng)運(yùn)動(dòng)齒相對(duì)于固定齒移動(dòng)一個(gè)位移x時(shí)，則可得：
比較式（2）和式（3）可見(jiàn)，靈敏度提高了n倍。
2.2 改變介質(zhì)介電常數(shù)的電容傳感器
圖2是2種改變介質(zhì)介電常數(shù)的電容式傳感器的原理圖。圖2（a）常用來(lái)檢測(cè)液位的高度，圖2（b）常用來(lái)檢測(cè)片狀材料的厚度和介電常數(shù)。
圖2（a）中由圓筒1和圓柱2構(gòu)成電容器兩極，假定部分浸入被測(cè)量液體中（液體應(yīng)不能導(dǎo)電，若能導(dǎo)電，則電極需作絕緣處理）。這樣，極板間的介質(zhì)由2部分組成：空氣介質(zhì)和液體介質(zhì)，由此而形成的電容式料位傳感器，由于液體介質(zhì)的液面發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容器的電容C也發(fā)生變化。這種方法測(cè)量的精度很高，且不受周?chē)h(huán)境的影響。總電容C由液體介質(zhì)部分電容C1和空氣介質(zhì)部分電容C2兩部分組成：
x — 電容器浸入液體中的深度;
R — 同心圓電極的外半徑;
r — 同心圓電極的內(nèi)半徑;
ε1 — 被測(cè)液體的介電常數(shù);
ε2 — 空氣的介電常數(shù)。
當(dāng)容器的尺寸和被測(cè)介質(zhì)確定后，則h，R，r，ε1和ε2均為常數(shù)，令：
這說(shuō)明，電容量C的大小與電容器浸入液體的深度x成正比。
圖2（b）是在一個(gè)固定電容器的極板之間放入被測(cè)片狀材料，則他的電容量為：
式中：S — 電容器的遮蓋面積;
d1 — 被測(cè)物體上側(cè)至電極之間的距離;
d2 — 被測(cè)物體的厚度;
d3 — 被測(cè)物體下側(cè)至電極之間的距離;
ε1 — 被測(cè)物體上側(cè)至電極之間介質(zhì)的介電常數(shù);
ε2 — 被測(cè)物體的介電常數(shù);
ε3 — 被測(cè)物體下側(cè)至電極之間介質(zhì)的介電常數(shù)。
由于d1+d3=d-d2，且當(dāng)ε1=ε3時(shí)，式（5）還可寫(xiě)為：
式中d — 兩極板之間的距離。
顯然，在電容器極板的遮蓋面積S，兩極板之間的距離d，被測(cè)物體上下側(cè)至電極之間介質(zhì)的介電常數(shù)ε1和ε3確定時(shí)，電容量的大小就和被測(cè)材料的厚度d2及介電常數(shù)ε2有關(guān)。如被測(cè)材料介電常數(shù)ε2已知，就可以測(cè)量等厚教材料的厚度d2;或者被測(cè)材料的厚度d2已知，就可測(cè)量其介電常數(shù)ε2。這就是電容式測(cè)厚儀和電容式介電常數(shù)測(cè)量?jī)x的工作原理。
3改變極板間距離的電容傳感器
圖3是這類(lèi)傳感器的原理圖，圖3（a）由2塊極板構(gòu)成，其中極板2為固定極板，極板1為與被測(cè)物體相連的活動(dòng)極板，可上下移動(dòng)。當(dāng)極板間的遮蓋面積為S，極板間介質(zhì)的介電常數(shù)為ε，初始極板間距為d0時(shí)，則初始電容C0為：
當(dāng)活動(dòng)極板1在被測(cè)物體的作用下向固定極板2位移Δd 時(shí)，此時(shí)電容C為：
當(dāng)電容器的活動(dòng)極板1移動(dòng)極小時(shí)，即Δd《
這時(shí)電容器的變化量ΔC才近似地和位移Δd成正比。其相對(duì)非線性誤差為：
顯然，這種單邊活動(dòng)的電容傳感器隨著測(cè)量范圍的增大，相應(yīng)的誤差也增大。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高這類(lèi)傳感器靈敏度、提高測(cè)量范圍和減小非線性誤差，常做成差動(dòng)式電容器及互感器電橋組合結(jié)構(gòu)，如圖3（b）所示。兩邊是固定的電極板1和2，中間由彈簧片支承的活動(dòng)極板3。2個(gè)固定極板與互感器兩端及交流電源U相連接，活動(dòng)極板連接端子和互感器中間抽頭端子為傳感器的輸出端，該輸出端電壓ΔU隨著活動(dòng)極板運(yùn)動(dòng)而變化。若活動(dòng)極板的初始位置距2個(gè)固定極板的距離均為d0，則固定極板1和活動(dòng)極板3之間 ，固定2和活動(dòng)極板3之間的初始電容相等，若令其為C0。當(dāng)活動(dòng)極板3在被測(cè)物體作用下向固定極板2移動(dòng)Δd時(shí)，則位于中間的活動(dòng)極板到兩側(cè)的固定極板的距離分別為：
由上述推導(dǎo)可知，活動(dòng)極板和2個(gè)固定極板構(gòu)成電容分別為：
當(dāng)他們做成差動(dòng)式電容器及互感器電橋組合結(jié)構(gòu)時(shí)，其等效電容為：
雖然電容的變化量仍舊和位移Δd成非線性關(guān)系，但是消除了級(jí)數(shù)中的偶次項(xiàng)，使線性得到改善。當(dāng)時(shí)（在微小量檢測(cè)中，如線膨脹測(cè)量等，一般都能滿(mǎn)足這個(gè)條件），略去高次項(xiàng)，得：
比較式（9）和式（7）可見(jiàn)，靈敏度提高了1倍。
比較式（10）和式（8）可見(jiàn)，在1時(shí)，非線性誤差將大大下降。
