現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)導(dǎo)論物理量檢測(cè)(已修改)
2025-01-30 02:35 本頁(yè)面
【正文】 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)導(dǎo)論 第三章 物理量檢測(cè)與傳感器 傳感器研制流程 半導(dǎo)體壓阻式傳感器 傳感器研制流程 ?任務(wù)分析 （用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)描述用戶(hù)需求） ?調(diào)研 （國(guó)內(nèi)外情況、各種技術(shù)對(duì)比、技術(shù)難點(diǎn)） ?形成設(shè)計(jì)思路 （工作原理、創(chuàng)新點(diǎn)、可行性） ?提出工作計(jì)劃 （設(shè)計(jì)方案、人員安排、時(shí)間進(jìn)度） ?具體實(shí)施 （理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合） ?測(cè)試驗(yàn)收 （滿(mǎn)足用戶(hù)需求） 半導(dǎo)體壓阻式傳感器 壓阻效應(yīng)與檢測(cè)電橋 半導(dǎo)體單晶硅材料在受到外力作用產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，電阻率發(fā)生變化，由其材料制成的電阻也就出現(xiàn)電阻變化，這種物理效應(yīng)叫壓阻效應(yīng)。 hhllRR???? ???π l —— 縱向壓阻系數(shù) π h —— 橫向壓阻系數(shù) σ l —— 縱向應(yīng)力 σ h —— 橫向應(yīng)力 壓阻系數(shù)分量 應(yīng)力方向 電流方向 ΔR/Rσ 縱向 100 110 111 100 110 111 π11 (π11+π12+π44)/2 (π11+2π12+2π44)/3 橫向 100 110 010 110 π12 （ π11+π12π44） /2 材料 ρ0（ Ω?cm） 壓阻系數(shù) [ (103(kbar)1)] π 11 π 12 π 44 nSi pSi + + + Si的壓阻系數(shù)值（室溫） （ a）單臂電橋； （ b）差動(dòng)半橋； （ c）差動(dòng)全橋 oRRRREU2114 0 ????oRREU??2 oRREU ?? 微型三維力傳感器 問(wèn)題的提出： ?MEMS技術(shù)的發(fā)展正在使人類(lèi)對(duì)微米、納米世界的操作能力取得突破； ?感知系統(tǒng)對(duì)于必須借助工具進(jìn)行操作的任務(wù)十分重要，尤其是在人類(lèi)無(wú)法直接觀察和感受的范圍中； ?微小型機(jī)器人進(jìn)入特殊環(huán)境進(jìn)行作業(yè)時(shí)必須具備力感知能力，如進(jìn)入人體腸胃或微型衛(wèi)星內(nèi)部時(shí)； ?由于機(jī)器人作業(yè)時(shí)所受作用力方向是不確定的，所以必須使用三維力傳感器； ?已有的三維力傳感器在尺寸上不能滿(mǎn)足微型化要求，因此必須研制微型三維力傳感器。 ?工作原理 微型三維力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 敏感膜片 傳力板 保護(hù)基片 4 4 h O L0 L1 h0 h1 Fx Fy Fz Mx My Mz ?Rx1 ? 0 ? 0 ? ? ?Rx2 ? 0 ? 0 ? ? ?Vx ? 0 0 0 0 0 Fx Fy Fz Mx My Mz ?Ry1 0 ? ? ? 0 ? ?Ry2 0 ? ? ? 0 ? ?Vy 0 ? 0 0 0 0 Fx Fy Fz Mx My Mz ?Rz1 ? 0 ? 0 ? ? ?Rz2 ? 0 ? 0 ? ? ?Rz3 ? 0 ? 0 ? ? ?Rz4 ? 0 ? 0 ? ? ?Vz 0 0 ? 0 0 0 a. 橋路 Cx及其響應(yīng)輸出 b. 橋路 Cy及其響應(yīng)輸出 c. 橋路 Cz及其響應(yīng)輸出 檢測(cè)橋路對(duì)多維力的響應(yīng)輸出 ?力學(xué)分析 a = , b = 。 r 2b 2a 彈性體的 E形園膜片模型 Fz X O Z My Fx Y Fy Mx Mz （ 1） 當(dāng) Fz=3N作用在中央凸臺(tái)時(shí) ， 在圓板半徑 r處的徑向應(yīng)力 切向應(yīng)力 梁變形所產(chǎn)生的位移 其中 k = r/a, K = b/a = 1/3, m = a/h0 = ， 板厚 h0 =
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