mems谐振式传感器

基于谐振式MEMS传感器的仪表开发关键技术

21 02年第1期

仪表技术与传感器I sr me t T c n q e a d S n o n tu n e h i u n e s r

2 2 01 No .1

基于谐振式 ME MS传感器的仪表开发关键技术焦海龙，陈德勇， 王军波李玉欣，,李(. 1中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室，京北

浩 '10 9 ) 0 10

10 9 2中国科学院研究生院， 0 10;.北京

摘要：针对基于谐振式 ME MS传感器开发数字智能仪器仪表的高精度、快响应频率测量技术展开研究。以一谐振式ME S气压传感器为开发样件，差分输出是两路 4 M其 O一7 H之间的正弦频率信号。对传统的频率测量方法进行阐述分 0k z

析，出一种新的结合传统测频方法各自优点的频率检测方法。设计实现相关软、件，建测试系统，提硬搭实验结果表明该测频方案针对 4 7 H的频率信号误差小于± .2H, 0~ 0k z 0 0 z响应时间为 1S内。以

关键词： MS谐振式传感器； ME;单片机；高精度；快响应；频率检测中图分类号：H 6; P 1 .;M 3 T 75 T 2 2 1 T 9 5文献标识码： A文章

第九章 谐振式传感器 谐振式传感器是直接将被测量变化转换为物体谐振频率 变化的装置。 变化的装置。 14b8547501f69e31433294c1
优点：由于其输出为频率信号，故具有高精度、 优点：由于其输出为频率信号，故具有高精度、 高分辨力、高抗干扰能力、适于长距离传输、 高分辨力、高抗干扰能力、适于长距离传输、能 直接与数字设备相连接等优点， 直接与数字设备相连接等优点，又因无活动部件 而具有高稳定性和高可靠性。 而具有高稳定性和高可靠性。 缺点：要求材料质量较高，加工复杂、成本高， 缺点：要求材料质量较高，加工复杂、成本高， 并且输出频率与被测量往往是非线性关系， 并且输出频率与被测量往往是非线性关系，需要 进行线性化处理。 进行线性化处理。 14b8547501f69e31433294c1
第一节 原理与类型 一、基本原理 振子即机械振动系统的谐振频率f可近似用下式表示： 振子即机械振动系统的谐振频率 可近似用下式表示： 可近似用下式表示
1 f = 2π
k me
式中： 式中： k
振子材料的刚度 振子的等效振动质量
me
有关， 上式表示振子的谐振频率 f 与其刚度 k 和等效振动质量me有关， 那么， 设其初始谐振频率为 f 0 。那么

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０３

科技资讯

车用ＭＥＭＳ传感器原理与发展

邵毅明　　张帆

（重庆交通大学交通运输学院　　重庆　　４０００７４）

摘　要：汽车的ｅｃｕ就相当于人的大脑，汽车里面的通讯就是人的神经，而传感器就相当于人的五官，它需要对压力，加速度，角速度，排出气体浓度等外界各种动态进行及时的检测。而最新ＭＥＭＳ（微机电系统）传感器无疑是传感器发展的新的趋势。本文简述了倾角传感器的原理和发展状况并对几种汽车用ＭＥＭＳ传感器做了介绍和比较，并给出了相应产品的性能参数。关键词：ＭＥＭＳ　　传感器　　原理

中图分类号：Ｕ４６３　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　　　文章编号：１６７２－３７９１（２００８）０１（ｃ）－０００５－０２

１　引言

自２０世纪８０年代以来，汽车上应用的传感器越来越多。各种各样的传感器已经深刻地融入到汽车的各个功能系统，包括发动机管理系统（ＥＭＳ）、底盘与传动系统、安全系统、车身电子系统、空调环境系统等。

２００６年中国汽车传感器的应用市场结构中，按传感器在各种汽车电子产品中的销售额计算，发动机电子控制系统和电子仪表依次占据市场排名的前两位，二者所占市场份额总和接近６０％，随着汽车半导体技术的发展，多功能、高

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０３

科技资讯

车用ＭＥＭＳ传感器原理与发展

邵毅明　　张帆

（重庆交通大学交通运输学院　　重庆　　４０００７４）

摘　要：汽车的ｅｃｕ就相当于人的大脑，汽车里面的通讯就是人的神经，而传感器就相当于人的五官，它需要对压力，加速度，角速度，排出气体浓度等外界各种动态进行及时的检测。而最新ＭＥＭＳ（微机电系统）传感器无疑是传感器发展的新的趋势。本文简述了倾角传感器的原理和发展状况并对几种汽车用ＭＥＭＳ传感器做了介绍和比较，并给出了相应产品的性能参数。关键词：ＭＥＭＳ　　传感器　　原理

中图分类号：Ｕ４６３　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　　　文章编号：１６７２－３７９１（２００８）０１（ｃ）－０００５－０２

１　引言

自２０世纪８０年代以来，汽车上应用的传感器越来越多。各种各样的传感器已经深刻地融入到汽车的各个功能系统，包括发动机管理系统（ＥＭＳ）、底盘与传动系统、安全系统、车身电子系统、空调环境系统等。

２００６年中国汽车传感器的应用市场结构中，按传感器在各种汽车电子产品中的销售额计算，发动机电子控制系统和电子仪表依次占据市场排名的前两位，二者所占市场份额总和接近６０％，随着汽车半导体技术的发展，多功能、高

目录

一、国内外mems 传感器生产厂商介绍 ............................. 2

1 国内生产厂商 ....................................................................................................................... 2

2国外生产厂商 ........................................................................................................................ 8

二、MEMS产业竞争格局 ................................................... 11

1. 产品结构 ............................................................................................................................ 11 2、中国半导体

钱钧传感器_06数字式传感器

传感器原理及应用

Principles and Applications of Transducer

机械与汽车工程学院

主讲：钱钧

电邮：qianjun@

地址：机械楼604室

2011年5月10日

钱钧传感器_06数字式传感器

传感器在汽车安全上的应用 沃尔沃XC60的城市安全系统

激光雷达，检测前方10m范围，车速

<30km/h

钱钧传感器_06数字式传感器

课前回顾

电介质

内部带电粒子因受原子、分子的内力或分子间的力约束，导致电荷只能在微观（如分子）范围内微小移动，即束缚电荷理想的电介质是绝缘体，内部无自由电荷（即可移动宏观距离的电荷）在外电场作用下能产生电极化（形成极化电荷）现象的物质统称为电介质

无极分子电介质：分子的正电荷中心与负电荷中心重合，如CO2有极分子电介质：分子的正电荷中心与负电荷中心不重合，如H2O 两类电介质

钱钧传感器_06数字式传感器

课前回顾

电偶极子

两个相距较近的等量异号点电荷+q与-q所组成的带电系统电偶极子中，电荷的电量与负、正电荷之间位移向量 G G的乘积

电偶极矩

p= q l

简称电矩，是矢量，反映电偶极子整体电性质的物理量单位体积中所有分子的电偶极矩的矢量和

电极化强度

传感器大作业

题 目： 光电式传感器 系 院： 信息工程学院 专 业： XXXXXXXXXX 班 级： XXXXXXXXXXXX

姓 名： 小王 学 号： 201000000

目录

光电式传感器............................................................................................................ 1 光电传感器内容 ....................................................................................................... 2

1.1 工作原理.............................................................................

第4章磁电式传感器

磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。磁电感应式传感器、霍尔式传感器都是磁电式传感器。磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电势的；霍尔式传感器为载流半导体在磁场中有电磁效应(霍尔效应)而输出电势的。它们原理并不完全相同，因此各有各的特点和应用范围。

4.1 霍尔式传感器本章要点

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4.1 霍尔式传感器

霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量、如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的一种传感器。

?霍尔效应和霍尔元件材料?霍尔元件构造及测量电路?霍尔元件的主要技术指标?霍尔元件的补偿电路

?霍尔式传感器的应用举例

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4.1.1霍尔效应和霍尔元件材料

?

??

霍尔效应

现象：一个宽为b,厚为a的半导体处于磁场中，当通有电流时，其两端会产生电场——霍尔效应。

F??原因：洛仑兹力?fL?qv?B电场力??L

动态平衡

fE?qEHFE

EH是霍尔电场；UH是霍尔电势（电压）。且

??UHfL?fE ? qvB?qEH?qbUH? bvB返回

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4.1.1霍尔效应和霍尔元件材料

dqII??navbe ? v?利用

dtneabIBU

传感器检测 课件

被测非电量

电磁 感应

自感系数L

互感系数M

测量 电路

U、I、f

自感式传感器 电感式传感器 互感式传感器 电涡流式传感器

传感器检测 课件

电感式传感器定义：是一种利用线圈自感和互感的变化实现 非电量电测的装置。 感测量：位移、振动、压力、应变、流量、比 重等。 种类：根据转换原理，分自感式、互感式、电 涡流式三种； 根据结构型式，分气隙型、面积型和螺管型。

传感器检测 课件

电感式传感器优点： ①结构简单、可靠，测量力小 ②分辨力高 机械位移0.1μm,甚至更小；角位移0.1角秒。 输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm 。 ③重复性好，线性度优良 在几十μm到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度 较好，且比较稳定。 ④能实现远距离传输、记录、显示和控制。 不足：存在交流零位信号，不宜高频动态测量。

传感器检测 课件

3.1 自感式传感器3.1.1 自感式传感器的工作原理NΦ L I线圈线圈匝数

铁芯

I为线圈中所通交流电的有效值。IN Φ RM总磁阻

δ Δδ

衔铁

图3-1 变磁阻式传感器

两式联立得:

N2 L RM

传感器检测 课件

而

RM RF R L1 L2 1 A1 2 A2导磁率 磁导率 H/m

其中

传感器检测 课件

被测非电量

电磁 感应

自感系数L

互感系数M

测量 电路

U、I、f

自感式传感器 电感式传感器 互感式传感器 电涡流式传感器

传感器检测 课件

电感式传感器定义：是一种利用线圈自感和互感的变化实现 非电量电测的装置。 感测量：位移、振动、压力、应变、流量、比 重等。 种类：根据转换原理，分自感式、互感式、电 涡流式三种； 根据结构型式，分气隙型、面积型和螺管型。

传感器检测 课件

电感式传感器优点： ①结构简单、可靠，测量力小 ②分辨力高 机械位移0.1μm,甚至更小；角位移0.1角秒。 输出信号强，电压灵敏度可达数百mV/mm 。 ③重复性好，线性度优良 在几十μm到数百mm的位移范围内，输出特性的线性度 较好，且比较稳定。 ④能实现远距离传输、记录、显示和控制。 不足：存在交流零位信号，不宜高频动态测量。

传感器检测 课件

3.1 自感式传感器3.1.1 自感式传感器的工作原理NΦ L I线圈线圈匝数

铁芯

I为线圈中所通交流电的有效值。IN Φ RM总磁阻

δ Δδ

衔铁

图3-1 变磁阻式传感器

两式联立得:

N2 L RM

传感器检测 课件

而

RM RF R L1 L2 1 A1 2 A2导磁率 磁导率 H/m

其中