【文章內容簡介】 o( a )R1＋ ? R1A CBEDR2－ ? R2Uo( b )R3－ ? R3R4＋ ? R4＋－＋－差動半橋 差動全橋 2:03 PM 55 （二） 交流電橋 Z1U?oU?( a )Z2Z3Z4～R1R2R4R3oU?C1C2U?( b )～交流電橋 2:03 PM 56 ???????????????11112222334411RZj R CRZj R CZRZR??C C2表示應變片引線分布電容。 可求得交流電橋的平衡條件為： ?2413RRRR?2112RCRC2:03 PM 57 R1R2R4R3A CR5DU?oU?( a )R1R2R4R3A CR5U?oU?( b )B BR6R1R2R4R3A CU?oU?( c )BC1C2C3C4R1R2R4R3A CCU?oU?( d )BRD～ ～～ ～交流電橋平衡調節(jié) 2:03 PM 58 六、 應變片傳感器的應用 1 力傳感器 2 壓力傳感器 3 液重傳感器 4 加速度傳感器 2:03 PM 59 ( a ) ( b )( c )R1R5R2R6R3R7R4R8R1R3R5R7R6R8R2R4( d )UoU?～1) 圓柱 (筒 )式力傳感器 柱式 筒式 圓柱面展開圖 橋路連線圖 應變式力傳感器 2:03 PM 60 ( a )AR1R2Bh( b )MBA?FR? ＝ 3 9 . 5 176。與柱式相比 ， 應力分布變化較大 ， 且有正有負 。 結構圖 2) 環(huán)式力傳感器 應力分布 2:03 PM 61 2:03 PM 62 2:03 PM 63 沖床生產記數和生產過程監(jiān)測。 2:03 PM 64 2:03 PM 65 將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形 ， 再通過應變片轉化為電量輸出 。 2:03 PM 66 ?t ?rxhRpR2R1R4 R3?r?t( a ) ( b )膜片式壓力傳感器 應變變化圖 應變片粘貼 2 、應變式壓力傳感器 2:03 PM 67 微 壓 傳 感器電阻應變敏感元件傳壓桿感壓膜hRLU1R2R4R0R1R3RtUoLR ?U22R ?1R ?4R ?0R ?tR ?3R ? 容器內液重傳感器 120()K K QUA??2:03 PM 68 應變式加速度傳感器主要用于物體加速度的測量 。 基本工作原理： 物體運動的加速度與作用在它上面的力成正比 ， 與物體的質量成反比 ， 即 a=F/m。 加速度傳感器 2:03 PM 69 電阻應變式加速度傳感器結構圖 32 1 41— 等 強 度 梁；2— 質量塊；3— 殼體；4— 電 阻 應 變敏 感 元 體適用 10~60 Hz a=F/m 2:03 PM 70 振動式地音入侵探測器 : 適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現。 2:03 PM 71 橋梁固有頻率測量 : 2:03 PM 72 脈象傳感器 2:03 PM 73 壓阻傳感器是利用硅的壓阻效應和微電子技術制成的一種新的物性型傳感器 。 第二節(jié) 壓阻式傳感器 ?體型壓力傳感器 ： ?半導體應變式 ?固態(tài)壓阻式傳感器 （擴散型壓阻傳感器）： ?應變電阻與硅基片一體化 2:03 PM 74 2( 1 2 )d R d l d ldRldl???????? ? ?? ? ? ?材料阻值變化 ： ：應變?yōu)椴此杀龋??? :一、壓阻效應 ? 壓阻效應 ：當固體材料在某一方向承受應 力時，其 電阻率 （或電阻）發(fā)生變化的現象。 2:03 PM 75 :d ? ? ? ? ?? ??引 入 ： （ ： 為 壓 阻 系 數 。 應 力 ）( 1 2 )dRR? ? ? ?? ? ? ?電阻相對變化量： 對金屬材料 ： ( 1 2 ) mdR KR ? ? ?? ? ? ? ?2:03 PM 76 對半導體材料 ： sdR EKR? ? ? ? ?? ? ? ? 式中： π—— 壓阻系數； E—— 彈性模量； σ—— 應力； ε—— 應變。 ?????? Ed ??? ? ? ???????? 2121 ?????? ERdR 由于半導體的 π E一般可達 50100,比（ 1+2μ ） 2 大幾十倍甚至上百倍，因此引起半導體材料電阻相對變化的主要原因是壓阻效應，所以上式可近似寫成 ： m m s K K K 100 ~ 50 ? 2:03 PM 77 晶體是具有多面體形態(tài)的固體 ， 由分子 、 原子或離子有規(guī)則排列而成 。 這種多面體的表面由稱為 晶面 的許多平面圍合而成 。 晶面與晶面相交的直線稱為 晶棱 ， 晶棱的交點稱為晶體的 頂點 。 為了說明晶格點陣的配置和確定晶面的位置 ，通常引進一組對稱軸線 ， 稱為 晶軸 ， 用 X、 Y、 Z表示 。 二、晶向的表示方法 擴散硅壓阻式傳感器的基片是半導體單晶硅。單晶硅是 各向異性材料 ，取向不同其特性不一樣。而取向是用 晶向 表示的，所謂晶向就是 晶面 的法線方向。 2:03 PM 78 C Z O B A X Y 1 1 晶體晶面的截距表示 硅為立方晶體結構 ，就取立方晶體的三個相鄰邊為 X、 Y、 Z。 在晶軸 X、 Y、 Z上取與所有晶軸相交的某晶面為 單位晶面 ，如圖所示。 此晶面與坐標軸上的截距為 OA、 OB、 OC。已知某晶面在 X、 Y、 Z軸上的截距為 OAx、 OBy、 OCz，它們與單位晶面在坐標軸截距的比可寫成： 2:03 PM 79 式中 ， p、 q、 r為沒有公約數 (1除外 )的簡單整數 。 為了方便取其倒數得： 式中 ， h、 k、 l也為沒有公約數 （ 1除外 ） 的簡單整數 。 依據上述關系式 ， 可以看出截距 OAx、 OBy、 OCz的晶面 ， 能用三個簡單整數 h、 k、 l來表示 。 h、 k、 l稱為密勒指數 。 rqpOCOCOBOBOAOA zyx :::: ?1 1 1: : : : : :x y zO A O B O C h k lO A O B O C p q r??2:03 PM 80 而晶向是晶面的法線方向，根據有關的規(guī)定， 晶面 符號為 (hkl)， 晶面全集 符號為 {hkl}，晶向符號為 [hkl]，晶向全集 符號為 〈 hkl〉 。晶面所截的線段對于 X軸， O點之前為正， O點之后為負；對于 Y軸， O點右邊為正， O點左邊為負；對于 Z軸，在 O點之上為正， O點之下為負。 C Z O B A X Y 1 1 2:03 PM 81 依據上述規(guī)定的晶體符號的表示方法，可用來分析立方晶體中的晶面、晶向。 (110) [110] [100] (100) (111) [111] [001] [100] [010] [110] [100] [001] Z Y X 單晶硅內幾種不同晶向與晶面 （ b） （ a） ? 對立方晶系（ x=y=z,x⊥y⊥z), 面指數為（ hkl)的晶面與密勒指數為 [hkl]的晶向彼此垂直。 2:03 PM 82 例： ]111[? ?111? ?111? 晶向、晶面、晶面族分別為： ? 晶向、晶面、晶面族分別為： x y 1 1 1 z z x y 4 2 2 ]122[? ?122? ?1222:03 PM 83 ?判斷兩晶面垂直 ?兩晶向 A[h1k1l1 ]與 B[h2k2l2]: 212121 llkkhhBA ??????垂直0212121 ????? llkkhhBA ??不垂直0212121 ????? llkkhhBA ??2:03 PM 84 三、壓阻系數 單晶硅的壓阻系數 d ? ? ? ?? ? ? ?654321 ,, ??????654321 ,, ???????六個獨立的應力分量： ?六個獨立的電阻率的變化率： 半導體電阻的相對變化近似等于電阻率的相對變化，而 電阻率的相對變化與應力成正比 ，二者的比例系數就是 壓阻系數 。 2:03 PM 85 電阻率的變化與應力分量之間的關系 : ?????????????????????????????????????????????????????????????654321666564636261565554535251464544434241363534333231262524232221161514131211654321????????????????????????????????????????????????2:03 PM 86 分析 : ? 剪切應力不可能產生正向壓阻效應 ? 正向應力不可能產生剪切壓阻效應 ? 剪切應力只能在剪切應力平面內產生壓阻效應 ? 剪切壓阻系數相等 ? 正向壓阻系數相等 ? 橫向壓阻系數相等 11 12 1212 11 1212 12 114444440000000000 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0? ? ?? ? ?? ? ????????????????441211 ??? 、分別為縱向、橫向和剪切