一种大量程压力传感器的结构优化设计与仿真分析
MEMS面内大量程加速度传感器设计与分析
Ａｂｓｒ ｃ ： ｍｉ ｇ ａ ｈ ｅ ｎ ｆｍｉｓｌ ｕ ｅ ａ ｄ ｏｈ ｒｗｅ ｐ ｎ ｙ ｔ ｍｓ， ｉｈ— ｉｚ ｒ ｓｓｉ ｅ ａ ｅ ｌｒ ｍｅｅ ｔ ａ ｔ Ａｉ ｎ ｔｔ ｅ ｄ ｍａ ｄ ｏ ｓ ｉ ｆ ｓ ｎ ｔ ｅ ａ ｏ ｓ ｓ ｓｅ ｅ ａ ｈ ｇ ｇ ｐｅ ｏ ｅ ｉｔｖ ｅ ｅｅ ｏ ｔｒ ｗｉｈ ｄ ｕ ｌ ． ｌｍｐ ｄ ｂ ａ ｍａ ｓ ｓｒ ｃｕｒ ｉｈ ｃ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ｎ ｐ ａ ｅ ａ ｃ ｌｒ ｔｏ ｓ ｄｅ ｉｎ ｄ ｈ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｏ ｂ ｅ ｃａ ｅ ｅ ｍ— ｓ ｔｕ ｔ ｅ ｗｈ ｃ ａ ａ ｕ ｅ ｉ — ｌｎ ｃ ｅｅ ａｉｎ ｗａ ｓｇ ｅ ．Ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ｓｍｕａ ｉｎ ｗｅ ｅ ａｓ ｅ ｆｒ ｄ ｕ ｉ ｇ Ｍａｌｂ ａ ｄ ＡＮＳ ． ｅ ｓｍｕａ ｉｎ ｒ ｓ ｔ ｈ ｗ ｈａ ｈ ｅ ｓｔｖｔ ｆｔ ｅ ａ — ｉ ｌｔｏ ｒ ｌｏ ｐ ｒｏ ｍｅ ｓｎ ｔａ ｎ ＹＳ Ｔｈ ｉ ｌｔｏ ｅ ｕｌ ｓ ｏ ｔ ｔｔ ｅ ｓ ｎ ｉ ｉ ｏ ｈ ｅ ｓ ｉ ｙ
摘 要 ： 目 针对 前导弹引信等武器系统领域对大量程加速度传感器的迫切需求， 设计了一种测量平面内加速度的大量程压
阻式加速度传感器 。该传感器结构双端 固支梁一 质量块结构 ， 可有效 消除敏感轴轴 间的交叉干扰 ， 提高 了测量精度 。仿真分 析表明传感器在敏感轴轴 向灵敏度 为 １４ Ｖ ｇ ， ． １Ｉ ／ 可实现对 １００ ０ｇ ｘ ５ ０ 的加速度载荷的测量 。
研究所 的李 昕欣教 授 等提 出一种 微 小 梁结 构 的 、 可 以实现 对面 内加速 度测 量 的加速 度 计 ， 其测 量 范 围 可达到 ０ ２ ～ ５００ｇ ¨ ．５ｇ ２ ０ 。合肥 工业大学许高斌 等提出 了一种基于 Ｓ １ Ｏ 的高 ｇ值 Ｍ ＭＳ加速度计 ， Ｅ 可 以实 现对量 程高达 ２ ５万 ｇ 加速度 的测量 【 】 ¨。到 目
2024年度JMAG功能教程
02
JMAG支持多种物理场耦合分析，包括电磁场、温度场 、结构场等，能够满足复杂的多物理场仿真需求。
03
JMAG提供了直观的用户界面和丰富的后处理功能，方 便用户进行模型建立、结果查看和数据分析。
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教程内容和结构
教程内容
本教程将介绍JMAG软件的基本操作、建 模技巧、分析设置、后处理等方面的内 容。
根据磁场分布计算电磁力，用于电机、传感 器等设备的性能评估。
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01
磁场可视化
提供直观的磁场分布云图、矢量图等可视化 工具，方便用户理解和分析结果。
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2024/2/2
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热分析功能
温度场计算
模拟设备在不同工况下 的温度分布，考虑热传 导、对流和辐射等多种 热传递方式。
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热应力分析
VS
教程结构
本教程按照由浅入深、从基础到高级的顺 序进行组织，包括入门篇、提高篇和应用 篇三个部分。其中入门篇主要介绍JMAG 软件的基本操作和界面功能；提高篇将深 入介绍建模技巧、分析设置和优化方法； 应用篇将通过实际案例介绍JMAG在各个 领域的应用。
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JMAG软件安装与启动
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电机运动仿真
模拟电机的旋转运动，分 析电机的转矩、转速等性 能参数。
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控制系统集成
将JMAG与控制系统仿真 软件集成，实现电磁设备 与控制系统的联合仿真。
运动轨迹规划
针对需要精确控制运动轨 迹的电磁设备，如机器人 等，进行运动轨迹规划。
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电磁力计算与应用
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安装步骤
大型公共建筑抗风关键技术研究与工程应用项目公示内容-长沙理工大学
大型公共建筑抗风关键技术研究与工程应用项目公示内容项目名称：大型公共建筑抗风关键技术研究与工程应用；主要完成人：李秋胜，傅学怡，陈伏彬，李宏伟，黄生洪，何运成，卢春玲，闫渤文，阳洋，张明亮，胡尚瑜，义君，舒臻孺，杨鸥；主要完成单位：香港城市大学，湖南大学，宁波杉工结构监测与控制工程中心有限公司，中国科学技术大学，长沙理工大学；申报奖种：科学技术进步奖。
项目简介：结合现场实测、风洞试验、数值计算和理论分析方法，深入系统地研究了大型公共建筑的风效应及相关问题,发展了大跨结构抗风设计的关健技术,研发了多种结构健康监测新设备及新技术,创立了几种大跨建筑结构新体系, 成果已广泛应用于实际工程,产生了重大的经济效益和社会效益。
主要创新1.采用多种监测手段，在东南沿海地区对边界层风场进行了长期的实测，得到了具有重要科学与工程意义的研究结果,建立了多种地貌类别的强/台风边界层风场模型，为结构抗风设计提供了科学依据,填补了国内外空白,已应用于多座大跨度场馆的抗台风设计。
提出了近地风速修正的标准化方法，提高了气象预报及风速统计的准确性。
2.通过多座大跨建筑结构强/台风效应的实测研究，揭示了大跨结构风荷载及风振响应特征，提出了大跨结构抗风设计的阻尼比取值范围，应用于多个实际工程。
3.研发了拥有 14 项专利的结构健康监测新设备及新技术，其性能指标达到了国际先进水平，己国产化生产及广泛应用。
4.在比前人更大的湍流尺度条件下，研究了湍流绕钝体的分离、附着、涡列发生的机理，揭示了钝体表面极值负压产生的机理以及湍流对钝体表面风压的影响,提出的风压概率模型能更准确预测峰值风压，已应用于大跨结构设计。
5.通过大量风洞实验，对大跨结构风致破坏进行了深入研究，揭示了风致内压变化规律及其引起大跨覆盖层破坏的机理,为大跨结构的抗风安全设计提供了科学依据。
提出了大跨结构高精度空间风荷载和风致响应计算及优化设计方法。
成果应用于多项实际工程,取得了重大的经济效益。
高灵敏度MEMS压力传感器的设计与模型仿真
尺 ．＋ △ 尺
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（７） Biblioteka （１）为 压阻 变化 与应 力的关 系 ：
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＂ ７７＂ ４４
—
（８）
由此 可 以得 出 ，本论 文 中 的ＭＥＭＳ压 阻式 传感 器
式 中 ，Ｒ是 电 阻 阻 值 ，可是 压 阻 系 数 ，盯为 应 的输 出 电压Ｖｏ与薄 膜所受 的正 应力盯呈线性 关 系。
变 方 向均 沿着 ＜１ １０＞方 向 ，查常用 电阻横 纵 向压 阻 系
根 据 推论 ，输 出电压 与 所受 应力 呈线性 关 系 ，通
数表 得 出每对 压 阻系数 汁算 方式 。仃 ７ｒ。 ，仃 为压 阻 过ＡＮＳＹＳ软件 对传 感 器 的方 形 薄膜做 应 力一形 变分
系数 的压 阻分 量 ，它们 的 值 与压 阻类 型和其 电阻 率 析 。改变 压敏 薄 膜的 厚度 ｈ，压阻 与薄 膜 中心 的距 离
在受 到 压力 的情 况 下 ，薄膜 发生 凹陷 ，导致 惠斯
传 感 器剖 面 图如 图 １所示 ，薄膜 中电阻 分 布如 图 通 电桥 中 的压 阻所受 的应力 发 生变 化 。 由于压 阻 的
２所 示
压 阻系数 变化 不 同 ，惠斯 通 电桥 产生 电压 差 。惠斯通
２８｛
２０１８．１ 数 据 通 信
图 １ 传 感 器剖 面 图
Ｕ
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２ 传感器 的工作原理与理论模型
根 据 压 阻效应 ，半 导 体 受到 应 力作 用 时 ，载流 子 迁 移 率 发生 变化 使得 电 阻率 发 变化 。传感 器 敏感 薄
压力传感器的优化设计及其应用
压力传感器的优化设计及其应用压力传感器是一种能够检测压力变化并将其转换为电信号输出的设备，常见于各个领域，例如航空航天、工业生产、医疗设备、及智能家居等。
在不同领域下要求的压力传感器的精度和灵敏度也不一样，因此对于传感器的优化设计至关重要，本文将从以下几个方面来探讨:一、压力传感器的种类及特点压力传感器一般分为压阻式、电容式和电子式三大类。
其中压阻式压力传感器其测量原理是通过压力传感器内部电阻的变化来确定被测量压力的大小，而电容式压力传感器的测量原理则是根据被测压力的程度影响传感器内部的电容值，并输出对应的电信号。
而电子式压力传感器则是通过微机芯片和压电传感器组成的信号处理电路来实现对压力变化的检测和输出。
二、压力传感器的优化设计在传感器的优化设计中，对于传感器应该符合的物理量和性能指标有很高的要求。
举个例子，对于机械压力传感器应该满足反应时间短、测量范围广、稳定性高，而对于电子式压力传感器则应该精度高、电流小、体积小。
1.机械结构的设计机械结构设计是指采用合适的材料和工艺制作压力传感器，保证其结构的稳定性和制作工艺的可靠性。
对于机械式压力传感器, 设计上应该减小质量和成本同时增加其传感器的工作频率和灵敏度以提高其自然频率，同时适当减小其惯性，这样就可以达到提高其响应速度的目的。
在实际应用中还应考虑电路板和传感器的稳定性，增加防水、防干扰等功能。
2.指标要求的转化在压力传感器的优化设计中，需要将实际应用中要求的指标转化为设计指标，进行由着手制定需求明确，分析被测量对象，设置合适的标准及相应的测试方法，从而确保传感器的性能和可靠性。
3.信号调理的设计信号调理是指从传感器的检测输出信号中提取出有用的信息并对其进行处理，从而得到符合我们要求的信号。
对于传感器检测到的电信号弱，需要对其进行放大和抗干扰处理。
同时对于电路板设计上应考虑稳定性，防干扰等问题。
三、压力传感器的应用压力传感器在各个领域有着广泛的应用，以下几个领域各举一个例子：1.航空航天领域压力传感器在航空航天中有着广泛的应用，例如在发动机中的燃油喷射、燃烧稳定性、飞机气动力学性能、及空气动力学试验等方面都需要利用压力传感器来进行监控和测量。
佳安智能大量程六维力高精度可定制传感器
对合作项目的成果进行定期评估和总结，不断优化合作模式和策略， 实现双方共赢。
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可定制性
根据客户需求提供定制化的传感器设计，满 足不同应用场景的特定需求。
性能指标及测试方法
01
性能指标
包括测量范围、精度、灵敏度、线 性度、重复性、迟滞、漂移等。
03
动态测试
通过施加动态力或振动来测试传感 器的动态响应特性，如频率响应、
阻尼比等。
02
静态测试
在恒温条件下对传感器施加标准力， 记录输出信号并与理论值进行比较，
的稳定性和可控性。
成品检验
03
对成品传感器进行全面的性能测试和质量检验，确保产品符合
设计要求和客户需求。
确保产品稳定性和可靠性的措施
1 2
环境适应性设计 针对不同的应用环境和客户需求，进行传感器的 环境适应性设计和优化，提高产品的稳定性和可 靠性。
可靠性测试 对传感器进行长时间的可靠性测试和寿命评估， 确保产品在实际应用中的稳定性和可靠性。
原型制造与测试
按照定制化方案制造传感器原型，并进行严格的 测试和验证。
典型案例分析：针对不同行业的定制化方案
航空航天领域
为某型飞机起落架设计专用传感器，实现高 精度、高稳定性的力测量。
汽车工业
为某款电动汽车开发电池包压力传感器，确 保电池安全性能。
机器人行业
为工业机器人提供六维力传感器，实现机器 人的精确力控制和自主导航。
应变片组成的桥路将电阻变化转换为电压输 出。
放大与调理电路
输出的微弱电压信号经过放大与调理电路， 转换为标准的模拟或数字信号输出。
关键技术与创新点
大量程设计
一种高量程动态压力传感器校准装置[实用新型专利]
![一种高量程动态压力传感器校准装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/fb60bc3980eb6294dc886c58.png)
专利名称：一种高量程动态压力传感器校准装置专利类型：实用新型专利
发明人：张红星,杜原红
申请号：CN200920090614.8
申请日：20090602
公开号：CN201421387Y
公开日：
20100310
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种高量程动态压力传感器校准装置，它包括壳体，壳体上设有至少两个传感器接口、油缸和柱塞孔，柱塞孔与传感器接口相通，在柱塞孔的上方设有柱塞；柱塞的上方设有重锤，重锤位于导向杆内。
采用上述技术方案的本实用新型，壳体和柱塞等便携式落锤压力信号发生装置的体积和重量都有了大幅度的减少，各个部件之间可以实现快速拆解和组装，从而可以方便、快捷的实现在试验现场对高量程动态压力传感器的幅值灵敏度、脉宽等参数的校准，大大提高了测量工作效率，保证了测量数据的准确性，现场试验工作的顺利进行。
另外，在本实用新型中，在油缸内采用甘油作为传递介质，它具有不可压缩性，使得能量的损失更少。
申请人：中国船舶重工集团公司第七一三研究所
地址：450015 河南省郑州市京广中路126号
国籍：CN
代理机构：郑州中原专利事务所有限公司
代理人：霍彦伟
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压力传感器结构设计与特性仿真
压力传感器结构设计与特性仿真发表时间：2019-01-02T16:17:06.307Z 来源：《知识-力量》2019年3月中作者：胡媛元杜西亮[导读] 本文设计了一种压阻式压力传感器，利用薄膜力学、挠度理论等相关知识分别计算出两种结构的最佳尺寸以及可以达到的最大理论应力，设计出一种双岛-梁膜结构。
（黑龙江大学，黑龙江哈尔滨 150000）摘要：本文设计了一种压阻式压力传感器，利用薄膜力学、挠度理论等相关知识分别计算出两种结构的最佳尺寸以及可以达到的最大理论应力，设计出一种双岛-梁膜结构。
用ANSYS有限元仿真软件静态仿真得到该结构可达到的最大应力为404.73MPa、最大位移为8.543μm，经分析该双岛-梁膜结构的灵敏度较高，并用控制变量法优化双岛-梁膜结构的尺寸。
关键词：压力传感器；灵敏度；双岛梁膜；ANSYS仿真1.前言MEMS压阻式压力传感器属于微型传感器的范畴，它广泛应用于汽车工业领域、航空航天领域及生物医疗领域。
压阻式压力传感器以其高灵敏度、良好的线性度及可重复性而著名。
压力传感器是整个传感装置领域消费数量最多、使用最广泛的器件之一，尤其是在工业自动化、环境保护和医疗器械等领域应用时，对传感器性能如灵敏度、线性度具有迫切的需求。
因此，研究更高性能的微压力传感器具有重要意义。
2.压阻式压力传感器理论分析与结构设计压阻式压力传感器的工作原理主要是利用半导体材料如硅、锗的压阻效应。
压阻效应是指当半导体材料在某个方向上受到外界应力的作用时，引起其材料内部能带结构发生变化，能谷的能量振动，将带来载流子相对能量的变化，从而使半导体电阻率发生一定变化。
压阻式压力传感器的测量方法是将作用在弹性膜片上的压力转化为膜片的应变，应变将造成膜片上电阻值的变化。
一般需将电阻的变化转化为电压的变化，并采用惠斯通电桥来测量这种变化。
3.优化结构的设计与仿真3.1 双岛-梁膜结构设计优化结构采用双岛-梁膜结构，在厚硅梁背面有两个岛，在该结构的前面，一个硅梁跨越硅岛并将硅膜分成两个对称的部分。
一种超高压力传感器感应元件结构设计
一种超高压力传感器感应元件结构设计孙铁钢; 何燕君; 王丰; 魏庆山; 刘东; 王瑞平【期刊名称】《《汽车实用技术》》【年(卷),期】2019(000)015【总页数】3页(P98-100)【关键词】高压传感器; 敏感元件; 膜片厚度; 内孔孔径; 倒角半径; 金属对金属密封【作者】孙铁钢; 何燕君; 王丰; 魏庆山; 刘东; 王瑞平【作者单位】宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司浙江宁波 315336; 浙江吉利动力总成有限公司浙江宁波 315800【正文语种】中文【中图分类】U463引言压力传感器应用领域广泛：汽车、医疗、管道传输等。
量程是衡量传感器能力的一个重要指标，尤其是超高压力传感器，结构及工艺稳定性要求非常高。
决定传感器测量量程关键结构为带膜片的金属支撑结构和背面贴装的芯片，而金属膜片部分设计是实现一切功能的基础。
满足产品性能的同时还要兼顾可制造性、成本、良率、生产周期和结构尺寸可测量性等诸多因素。
当前多为宏观评价传感器的基本性能及应用，但针对于超高压力传感器敏感元件结构设计缺乏研究。
本文就超高压力（＞300Mpa）传感器敏感元件设计进行详细讨论。
主要讨论承载压力膜片部位结构尺寸和螺纹头部密封端面附近的结构设计。
1 敏感元件结构设计螺纹管是承载压力的关键部件，发生在膜片部位的应力应变会传导到贴在其背面的硅应变片上，应变片以玻璃微熔方式将敏感元件贴在金属薄膜上，因此将金属膜片的应变视为等效传递到应变片上。
应变片会集成到处理电路中，进行运算放大得到被测信号与输出电压之间的关系。
通常的放大倍数有几百倍甚至上千倍。
物理上的微小变化通过放大后都会严重影响产品精度。
基于以上这就要求螺纹管和硅应变片的敏感元件满足以下条件：外形小巧、密封良好、耐腐蚀、容易安装、安装扭矩影响小、对压力影响敏感、机械特性稳定、非线性误差小。
图1 敏感元件结构（1）头部：如图1 膜片主要是将介质压力转化成应变/应力，是影响传感器精度和性能最关键的因素。
无损大量程张力传感器的有限元分析
无损大量程张力传感器的有限元分析马敏毓;赵敏【摘要】重装空投在民用及军事国防体系中具有重要地位,精确空投控制系统成为重装空投中必不可少的保障环节.翼伞作为空投测试系统中的关键技术之一,其伞带张力的实时测量对精确空投控制系统的设计有指导作用.针对现有的张力传感器存在的量程小、安装对伞带有破坏性等问题,设计了一种用于重装空投的旁压式大量程伞带张力传感器.利用ANSYS workbench对传感器的结构模型受力情况进行数值分析,通过分析和调整得到弹性体的应变分布情况,确保设计的传感器结构能满足大量程检测的需要;对应变片粘贴位置及位置附近结构的特殊设计进行建模,得到传感器输入-输出的特性表达式;通过传感器的测量实验,验证了所采用的有限元分析方法有效性及正确性.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2018(047)003【总页数】5页(P110-114)【关键词】重装空投;无损;大量程张力传感器;有限元分析【作者】马敏毓;赵敏【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TP212.10 引言重装空投测试系统是一种广泛用于军用及民用的复杂的投放系统，空投时大气数据、飞机的飞行状态、载荷质量、投放方式、降落伞类型等各种因素都会对空投系统的性能产生影响。
其中，翼伞作为精确重装空投系统中必不可少的一部分，其伞带的受力分析对空投动力学的模型建立提供重要参数，也是影响飞机动态响应的主要因素[1]。
因此，需要一个用于重装空投的翼伞伞带的张力传感器，进行载荷的实时测量，为进一步空投系统和飞机控制系统的设计提供参考依据。
目前国内外专门针对翼伞伞绳张力测量的传感器较少，市面上可借鉴的有扁平带式拉力传感器，如日本KYOWA共和的LBT-A-20KNSA1和美国精量MEAS的EL20-S458等，其量程范围基本在2 t左右，而且无法自行拆卸。
毕业设计SOI高温压力传感器结构设计及仿真
[6]
中北大学 2013 届毕业设计说明书
图2.2 CMOS inverter on Bulk
图2.3 CMOS Inverter On SOI
MOS 晶体管从源极到漏极的电流受栅极电压的控制，对于体硅上制造的 MOS 晶体管，在信号转换时源极和漏极周围区域的局部电荷必需耗尽，转换速度下降。 在 SOI 圆片上加工的 MOS 晶体管，整个晶体管被氧化层隔离，源极和漏极周围被 耗尽的区域较小，信号转换速度得到提高，驱动电压可以降低[6]。同时，体硅中的 晶体管和硅接触的区域会聚集大量的电荷，形成输入电容和杂散电容，这样会导致 器件工作频率的降低[7]。SOI 晶体管和二氧化硅接触的区域不再有电荷出现，整个 芯片的工作效率也随之提高。 当反相器工作时，体硅圆片上的晶体管的漏电流从电源端 Vdd 流向衬底 Vss （图 2.2） ；而在 SOI 的情况下，电流只能通过器件流动（图 2.3） 。 SOI 材料的特殊结构使它克服了传统体硅材料的不足，是研究和开发高速、低 功耗、 高集成度超大规模集成电路和高性能 MEMS 的基础材料。 它具有以下优点： （1）SOI 器件由于采用绝缘介质隔离，器件与衬底之间不存在电流通道，消除
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中北大学 2013 届毕业设计说明书 硅压阻式传感器。经在 500℃下对压力测量的测试，SOI 传感器电阻对温度的变化 首次达到了令人满意的结果。 德国柏林技术大学正在采用 SOI 衬底开发3C − SiC 压 力 传 感 器 ． 额 定 压 力 等 于 10 bar ， 最 高 工 作 温 度 高 于 400 ℃ ， 灵 敏 度 系 数 = 0.5mV/ (V ∙ bar)，采用 ICP 刻蚀晶片来控制传感器的膜片厚度。传感器主要用 于控制发动机。 加利福尼亚大学采用 SOI 技术开发出了微米悬臂梁 DNA 传感器． 悬 臂梁长 522m，宽 0.25m，厚 0.5m，压阻式电阻厚 0.1m，长 348m。准确度可达到 1 × 108 DNA 分子[2]。 国内方面，在 1998 年中国电子学会敏感技术学术年会上，中国科学院上海冶 金研究所传感技术国家重点实验室提出了由硅片直接键合技术得到的 SOI 材料制 作出了 SOI 微型高温压力传感器．在 11 MPa的压力测试下非线性度优于0.5%，灵 敏度温度系数为 1.1~1.3 × 103 F. S/℃，灵敏度为 7.21mV/V ，零点时间漂移处于 0.01 mV 量级，基本上满足了设计要求。天津大学采用单晶硅材料做应变电阻，并 以一层SiO2 薄膜将硅衬底与应变电阻层隔离，形成单晶硅 SOI 结构，在此基础上 制作出了单晶硅 SOI 高温压力传感器。传感器的压力量程为0~1MPa，最高使用温 度为 220℃，满量程输出>70mV 。上海复旦大学采用由智能剥离技术得到的 SOI 材 料成功研制出了双岛 - 梁 - 膜结构的 SOI 压力传感器。测得传感器的灵敏度为 63 mV/ (MPa − 5V)，灵敏度温度系数为1.4 × 10−4 /℃，预计能工作在 300℃以上 的高温[3]。
压力传感器特性测量实验的智能化设计
压力传感器特性测量实验的智能化设计贺长伟;刘增良;王宝林;刘桂媛【摘要】The original experimental instrument for measuring the pressure transducer s characteristicshave some problems,such as lowaccuracy,complexity and poor description.Based onsingle chipmicrocomputer and computer analysis, a system for measuring the characteristics of pressuretransducer is designed.The main circuit consists of precision instrument amplifier AD620,ADC0809,MCS51 SCM and MAX232 etc.By collecting the voltage of non balanced electric bridge andanalyzing the data by computer,characteristic results such as sensitivity,linearity and hysteresis errorwill show up in the computer interface which is compiled by VB.Results show that the system cangive higher accuracy and more intuitive characteristic curve.%针对大学物理实验中的压力传感器特性测量实验存在测量精确度低、计算复杂、特性描述差等问题，文章基于单片机控制与计算机分析相结合的方案，设计了压力传感器特性测量实验系统。
一种高g值压阻式加速度传感器仿真设计及优化
一种高g值压阻式加速度传感器仿真设计及优化
杨雨君;王鹏;张昌明;杨帆;陈芳芳
【期刊名称】《陕西理工大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(38)1
【摘要】由于航空航天、爆炸冲击、武器侵彻等特殊领域高g值加速度测试情况复杂多变,单轴测量逐渐不能满足要求,在传统质量块-梁压阻式加速度传感器结构的基础上,设计了一种高g值加速度传感器结构。
该传感器能同时测量水平面内相互垂直的两个方向的加速度,量程可达1.5×10^(5) g,可应用于多种领域。
利用有限元对其进行了静态分析和动态分析,验证结构的可行性与可靠性,同时使用响应面法的多目标优化方法,对结构进行仿真优化,提高该传感器的性能。
优化结果表明,一阶固有频率提高了31.6%,最大应力增大了2.6%。
【总页数】7页(P27-32)
【作者】杨雨君;王鹏;张昌明;杨帆;陈芳芳
【作者单位】陕西理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH703.62;TP212
【相关文献】
1.压阻式硅微加速度传感器的结构设计与仿真
2.一种压阻式三轴高g值加速度传感器的冲击校准
3.低g值硅压阻式加速度传感器的设计与分析
4.一种压阻式高g 值加速度传感器
5.一种微机械压阻式加速度传感器及其设计优化
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NIE Meng* ，YANG Hengshan
（ Key Laboratory of MEMS of Ministry of Education，Southeast University，Nanjing 210096，China）
Abstract： A wide measurement range pressure sensor was designed． The sensor dimension was optimized through
文献标识码： A
文章编号： 1004－1699（ 2017） 12－1834－05
硅压阻式压力传感器是利用半导体材料硅的压 阻效应制成的传感器，具有灵敏度高，动态响应快， 测量精度高，稳定性好，工作温度范围宽，易于小型 和微型化，便于批量生产和使用方便等特点。因此 成为近年来在工业应用，医疗生物，航空航天，无人 机等各个领域被广泛的应用，发展迅速的 MEMS 传 感器之一［1－6］。
正确性。通过理论与仿真优化分析，提出了采用 C 型 膜 片 一 体 化 硅 压 阻 式 压 力 传 感 器 结 构，可 动 薄 膜 选 用 方 膜 边 长 为
1 000 μm，厚度为 50 μm，实现 0 ～ 2 MPa 的压力测量。
关键词： 压力传感器； 大量程； 线性； 抗过载； 有限元分析
中图分类号： TP212
第 30 卷 第 12 期 2017 年 12 月
传感技术学报
CHINESE JOUＲNAL OF SENSOＲS AND ACTUATOＲS
Vol. 30 No. 12 Dec． 2017
A Structure Optimized Design and Simulation Analysis of a Wide Ｒange Pressure Sensor*
loaded pressure． At the same time the correctness of theoretical model was verified by the finite element simulation．
Through theoretical and simulation optimization analysis，the integrated C type diaphragm structure of silicon pie-
一种大量程压力传感器的结构优化设计与仿真分析*
聂 萌* ，杨恒山
（ 东南大学，MEMS 教育部重点实验室，南京 210096）
摘 要： 设计了一种大量程硅压阻式压力传感器，通过理论模型分析优化传感器结构尺寸，保证薄膜的线性变化和抗过载能
力； 并通过有限元建模分析可动薄膜位移及应力随压力变化关系，对结构进行优化设计； 同时用有限元仿真验证理论分析的
在液压传动、自动控制、高铁、航空等领域，大量 程压力传感器（ 量程 1 MPa 以上） 有着广泛的用途。 大量程压力传感器在测量时，由于受到作用力很大， 对传感器的结构强度提出了很高的要求，因此，其弹 性元件结构工艺和普通压力范围的传感器相比有所 不同，传感器设计难度较大。为满足大量程压力传 感器的设计要求，通常，采取两种途径： 一种是改变 弹性膜片结 构，设 计 成 双 膜 片，减 少 感 压 膜 片 的 面
项目来源： 国家科技支撑项目（ 2015BAF16B01） ； 国家自然科学基金项目（ 61474023） ； 江苏高校品牌专业建设工程项目 收稿日期： 2017－09－21 修改日期： 2017－11－15
第 12 期
聂 萌，杨恒山： 一种大量程压力传感器的结构优化设计与仿真分析
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图 1 压阻式微压力传感器示意面
Key words： pressure sensor； wide measurement range； linear； overload ability； finite element analysis
EEACC： 7230
doi： 10．3969 / j．issn．1004－1699．2017．12．009
theoretical model analysis to ensure the film linear change and the ability of resisting overload． The structure design
was optimized through the analysis of variations of the displacement and the stress of the movable membrane with the
在弹性形变范围内，硅的压阻效应是可逆的，即
在外加压力作用下硅的电阻发生改变，当压力去除
时，硅的电阻又恢复到原来的大小。当硅材料由于
应力发生形变时，晶体的电势分布将会发生改变，这
将使得硅的能带以及电子和空穴的有效质量发生变
化，改变了载流子的迁移率，从而使得硅的电阻率发
zoresistive pressure sensor was proposed． The movable membrane length is 1 000 μm and thickness is 50 μm． The
structure design can achieve 0 to 2 MPa pressure measurement．
积，使感压膜片传递到敏感膜片的作用力仍然保持 在合理范围内，但这种传感器结构复杂尺寸大、使用 受限； 另一种是增加弹性元件的强度，通过增加其膜 片厚度来提高量程，其结构简单，制作工艺成熟。本 文采取第二种方法［7］。
1 理论基础
硅材料具有压阻效应，即当半导体受到应力作 用时，使其电阻率发生变化的现象。硅压阻式微压 力传感器的物理机制是利用单晶硅或多晶硅的压阻 效应，其工作原理是将作用在薄膜上的压力转化为 薄膜的形变，形变将造成薄膜上压阻条阻值的变化， 进而导致输出电信号的改变，通过测量电信号的变 化，可检测压力值。图 1 是硅压阻式微压力传感器 示意图。