基于MEMS技术的微型传感器

文章摘要： 谐振式微机械陀螺的结构如图3 所示:它由固定在基底上的静止驱动器、质量块(包括内部动齿框架及外部框架) 和2 个双端音叉谐振器(DETF) 组成。质量块通过4 个支承梁固定在基底上。当在静止驱动器上加上驱动电压(角频率为ωp) 时,质量块的内部动齿框架作沿着y 轴方向的振荡运动。如果一个外部的绕z 轴的转动(输入信号Ω) 作用到芯片上,质量块产生沿x 轴方向的哥氏力,且通过内支承梁转移到外框架上, 外框架由两对支承梁固定并可沿x 轴方向运动,通过两对杠杆这个力被放大并传递到外框架两边的两个双端音叉谐振器(DETF) 上。DETF 上输出信号频率的变化就反映了输入角速率的变化。 微机械陀螺的平

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谐振式微机械陀螺的结构如图3 所示:它由固定在基底上的静止驱动器、质量块(包括内部动齿框架及外部框架) 和2 个双端音叉谐振器(DETF) 组成。质量块通过4 个支承梁固定在基底上。当在静止驱动器上加上驱动电压(角频率为ωp) 时,质量块的内部动齿框架作沿着y 轴方向的振荡运动。如果一个外部的绕z 轴的转动(输入信号Ω) 作用到芯片上,质量块产生沿x 轴方向的哥氏力,且通过内支承梁转移到外框架上, 外框架由两对支承梁固定并可沿x 轴方向运动,通过两对杠杆这个力被放大并传递到外框架两边的两个双端音叉谐振器(DETF) 上。DETF 上输出信号频率的变化就反映了输入角速率的变化。

 

微机械陀螺的平面外轮廓的结构参数为1mm² ,厚度仅为2μm. 而文献给出的振动轮式硅微机械陀螺的直径为1 mm ,厚度为19μm ,宽度为5μm ,电极间距为7μm.

 

  微型气敏传感器

微型气敏传感器可分为硅基气敏传感器和硅微气敏传感器。前者是以硅为衬底,敏感层为非硅材料,是当前微气敏传感器的主流。气敏传感器的敏感性能与工作温度有很大关系,要求传感器系统本身具备加热元件和温度探测元件。而基于MEMS 技术的微型气体传感器具有高度集成化的特点,易于将气敏元件和温度探测元件集成一体,保证了气敏传感器性能。

 

图4 是一种体积仅为1 cm² 的二氧化碳气体传感器结构示意图。该气体传感器的工作机理是基于非散射的红外双光束、双波长的测量原理 。它的结构包括一个常规的小型红外光源、一个气室和一个红外探测单元。红外探测单元由两个单晶硅微型热辐射仪、一个宽带滤波器和一个微型可变红外滤光片构成,参考信号源可以补偿由于光源污染产生的测量信号衰减带来的影响。在二氧化碳体积分数2000 ×10 ^{- 6}的样气中,该传感器具有20 ×10 ^{- 6}的分辨力(1σ) ,时间常数为3 s.

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